Einführung in die Chemie

Begriffe

• duktilFähig, durch mechanische Kraft in dünne Drähte gezogen oder gedehnt zu werden, ohne zu brechen.
• leitfähigFähig, elektrischen Strom oder Wärme zu leiten.
• MetallJedes einer Reihe von chemischen Elementen im Periodensystem, das eine metallische Bindung mit anderen Metallatomen eingeht; im Allgemeinen glänzend, etwas formbar und hart, oft ein Wärme- und Elektrizitätsleiter

Ein Metall kann sich auf ein Element, eine Verbindung oder eine Legierung beziehen, die sowohl Elektrizität als auch Wärme gut leitet. Beispiele für Metalle sind Gold, Natrium, Kupfer, Eisen und viele andere Elemente. Metalle sind in der Regel formbar, dehnbar und glänzend.

Dichte von Metallen

Metalle bestehen in der Regel aus dicht gepackten Atomen, d. h. die Atome sind wie eng gepackte Kugeln angeordnet. In einem Metall verlieren die Atome leicht Elektronen und bilden positive Ionen (Kationen). Diese Ionen sind von de-localisierten Elektronen umgeben, die für die Leitfähigkeit verantwortlich sind. Der entstandene Festkörper wird durch elektrostatische Wechselwirkungen zwischen den Ionen und der Elektronenwolke zusammengehalten, die als metallische Bindungen bezeichnet werden.

Metalle sind glänzend und schimmernd und haben eine hohe Dichte. Sie haben sehr hohe Schmelz- und Siedepunkte, weil die metallische Bindung sehr stark ist, so dass die Atome nur ungern in eine Flüssigkeit oder ein Gas auseinanderbrechen.

Leitfähigkeit von Metallen

Metalle sind im Allgemeinen leitfähig, mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit. In der Regel sind sie formbar und dehnbar und verformen sich unter Belastung, ohne zu zerbrechen. Schlägt man zum Beispiel mit einem Hammer auf ein Metall, so wird es „verbeult“, aber nicht zersplittert.

Die elektrische und thermische Leitfähigkeit von Metallen beruht auf der Tatsache, dass ihre Außenelektronen delokalisiert sind. Das bedeutet, dass die Elektronen nicht an ein bestimmtes Atom gebunden sind, sondern sich frei im Metall bewegen können. Metalle können als eine Ansammlung von Atomen betrachtet werden, die in ein Meer von Elektronen eingebettet sind, die sehr beweglich sind. Dies ist sehr entscheidend für die Leitfähigkeit des Metalls.

Metalle neigen normalerweise dazu, durch Elektronenverluste Kationen zu bilden. Ein Beispiel ist die Reaktion mit Luftsauerstoff zur Bildung von Oxiden über verschiedene Zeiträume (Eisen rostet über Jahre, während Kalium in Sekunden verbrennt). Die Übergangsmetalle (wie Eisen, Kupfer, Zink und Nickel) oxidieren langsamer, weil sie eine passivierende Oxidschicht bilden, die das Innere schützt. Andere, wie Palladium, Platin und Gold, reagieren überhaupt nicht mit der Atmosphäre. Einige Metalle bilden auf ihrer Oberfläche eine Sperrschicht aus Oxid, die von weiteren Sauerstoffmolekülen nicht durchdrungen werden kann. Dadurch behalten sie ihr glänzendes Aussehen und ihre gute Leitfähigkeit für viele Jahrzehnte (wie Aluminium, Magnesium, einige Stähle und Titan).