Metalle sind Elemente, die elektrisch leitfähig sind, eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen und einen metallischen Glanz aufweisen. Metalle sind meist gut verformbar und wegen ihrer mechanischen und elektrischen Eigenschafen weit verbreitete Werkstoffe, z. B. im Fahrzeugbau, in der Elektrotechnik und in der Bauindustrie.
Die meisten Elemente sind Metalle. Diese Gruppe umfasst Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Übergangsmetalle, Grundmetalle, Lanthaniden (Seltenerdelemente) und Aktiniden. Obwohl im Periodensystem getrennt, sind Lanthaniden und Actiniden wirklich spezifische Arten von Übergangsmetallen. Hier ist eine Liste aller Elemente im Periodensystem, die Metalle sind. Alkalimetalle befinden sich in der Gruppe IA ganz links im Periodensystem. Sie sind hochreaktive Elemente, die sich durch ihre Oxidationsstufe +1 und die im Vergleich zu anderen Metallen im Allgemeinen geringe Dichte auszeichnen. Weil sie so reaktiv sind, kommen diese Elemente in Verbindungen vor. In der Natur ist nur Wasserstoff als reines Element frei, und zwar als zweiatomiges Wasserstoffgas.
Die Erdalkalimetalle befinden sich in Gruppe IIA des Periodensystems, der zweiten Spalte der Elemente. Alle Erdalkalimetallatome haben eine Oxidationsstufe von +2. Wie die Alkalimetalle liegen diese Elemente eher in Verbindungen als in reiner Form vor. Erdalkalien sind reaktiv, jedoch weniger als Alkalimetalle. Metalle der Gruppe IIA sind hart und glänzend und normalerweise formbar und duktil.
Die Grundmetalle weisen die Eigenschaften auf, die Menschen im Allgemeinen mit dem Begriff "Metall" assoziieren. Sie leiten Wärme und Elektrizität, haben einen metallischen Glanz und sind in der Regel dicht, formbar und duktil. Einige dieser Elemente weisen jedoch nichtmetallische Eigenschaften auf. Beispielsweise verhält sich ein Zinn-Allotrop eher wie ein Nichtmetall. Während die meisten Metalle hart sind, sind Blei und Gallium Beispiele für weiche Elemente. Diese Elemente haben tendenziell niedrigere Schmelz- und Siedepunkte als die Übergangsmetalle (mit einigen Ausnahmen).
Die Übergangsmetalle zeichnen sich dadurch aus, dass sie teilweise gefüllte d- oder f-Elektronensubschalen aufweisen. Da die Schale unvollständig gefüllt ist, weisen diese Elemente mehrere Oxidationsstufen auf und erzeugen häufig farbige Komplexe. Einige Übergangsmetalle kommen in reiner oder nativer Form vor, einschließlich Gold, Kupfer und Silber. Die Lanthaniden und Actiniden kommen nur in Verbindungen in der Natur vor.
Im Allgemeinen befinden sich Metalle auf der linken Seite des Periodensystems, wobei der metallische Charakter nach oben und rechts abnimmt . Abhängig von den Bedingungen können sich Elemente, die zur Metalloidgruppe gehören, wie Metalle verhalten. Darüber hinaus können auch Nichtmetalle Metalle sein. In bestimmten Situationen finden Sie beispielsweise metallischen Sauerstoff oder metallischen Kohlenstoff.
Metall ist eine Weiterleitung auf diesen Artikel. Weitere Bedeutungen sind unter Metall (Begriffsklärung) aufgeführt. Metalle (von altgriechisch μέταλλον metallon „Bergwerk, Erz, Metall“) bilden diejenigen chemischen Elemente, die sich im Periodensystem der Elemente links und unterhalb einer Trennungslinie von Bor bis Astat befinden. Etwa 80 Prozent der chemischen Elemente sind Metalle, wobei der Übergang zu den Nichtmetallen über die Gruppe der Halbmetalle fließend ist, denn viele Halbmetalle können neben metallischen Modifikationen mit metallischen Bindungen auch nichtmetallische Modifikationen mit atomaren Bindungen bilden.
Der Begriff Metall wird auch für Legierungen und einige intermetallische Phasen verwendet, denn der Begriff gilt für alle Materialien, die in fester oder flüssiger Form die folgenden vier charakteristischen metallischen Stoffeigenschaften in mehr oder weniger ausgeprägter Form aufweisen:
Alle diese Eigenschaften beruhen darauf, dass der Zusammenhalt der betreffenden Atome mit der metallischen Bindung erfolgt, deren wichtigstes Merkmal die im Gitter frei beweglichen Elektronen sind. Ein einzelnes Atom dieser Elemente hat keine metallischen Eigenschaften; es ist kein Metall. Erst wenn mehrere solcher Atome miteinander wechselwirken können und wenn zwischen ihnen metallische Bindungen bestehen, zeigen solche Atomgruppen (cluster) metallische Eigenschaften.[1] Einzelne Atome dieser Elemente können sich bei extrem schneller Abkühlung auch amorph zusammenlagern, ohne ein Kristallgitter zu bilden – siehe Metallisches Glas. Andererseits können auch Atome von Nichtmetallen unter extremen Bedingungen (Druck) metallische Bindungen eingehen und dann die genannten metallischen Eigenschaften annehmen – siehe metallischer Wasserstoff. Metalle finden seit Beginn der Zivilisation vielfältige Anwendungen als Werkstoffe. Unter dem Begriff Metallphysik oder auch Metallkunde beschäftigen sich Physiker und Materialwissenschaftler mit allen Grundlagen, siehe unter Festkörperphysik, und mit Anwendungen, siehe unter Materialwissenschaft.
Traditionell unterteilt man Metalle nach der Dichte in Schwermetalle und Leichtmetalle und nach der Reaktivität in Edelmetalle und unedle Metalle, wobei Letztere gute Reduktionsmittel darstellen. Siehe hierzu auch den Hauptartikel Metallischer Werkstoff (sowie zur Reaktivität unter Redoxreaktion). Metalle werden gebildet von den Elementen, die im Periodensystem der Elemente im Bereich links und unterhalb einer Linie vom Bor zum Astat stehen, wobei der metallische Charakter von oben nach unten bzw. von rechts nach links zunimmt. Ganz oben rechts befinden sich die Nichtmetalle, dazwischen die Halbmetalle. Die Nebengruppenelemente bilden ausnahmslos Metalle. Die Grenze zu den Nichtmetallen ist fließend. So haben zum Beispiel Antimon, Arsen, Cer und Zinn sowohl metallische als auch nichtmetallische Modifikationen.[3] Für das chemische Verhalten ist auch die Zugehörigkeit zu Haupt- oder Nebengruppen des Periodensystems entscheidend. Siehe auch: Refraktärmetalle Ein Stück hochreinen Eisens mit 99,97 % Reinheit Kubisch raumzentrierte Elementarzelle eines Eisenkristalls Voraussetzung für die Bildung des metallischen Zustandes sind folgende Eigenschaften von Atomen:
Daraus resultiert, dass derartige Atome sich untereinander nicht über Atombindungen zu Molekülen oder Gittern verbinden können. Allenfalls in Metalldämpfen kommen Atombindungen vor, z. B. besteht Natriumdampf zu etwa 1 % aus Na2-Molekülen. Metallatome ordnen sich vielmehr zu einem Metallgitter, welches aus positiv geladenen Atomrümpfen besteht, während die Valenzelektronen über das ganze Gitter verteilt sind; keines dieser Elektronen gehört mehr zu einem bestimmten Kern. Diese frei beweglichen Elektronen kann man sich als Teilchen eines Gases vorstellen, das den Platz zwischen den Atomrümpfen ausfüllt. Da dieses Elektronengas unter anderem die gute elektrische Leitfähigkeit der Metalle bewirkt, wird das Energieniveau, auf dem sich die freien Elektronen befinden, als „Leitungsband“ bezeichnet. Die genauen energetischen Gegebenheiten beschreibt das Bändermodell auf Basis des Orbitalmodells. Aus dieser Bindungsart und diesem Gitteraufbau resultieren folgende typische Eigenschaften der Metalle:
Schmelz- und SiedetemperaturenAls hochschmelzend bezeichnet man Metalle, deren Schmelzpunkt TE über 2000 K bzw. über dem Schmelzpunkt von Platin (TE-Platin = 2045 K = 1772 °C) liegt. Dazu gehören die Edelmetalle Ruthenium, Rhodium, Osmium und Iridium und Metalle der Gruppen IVB (Zirconium, Hafnium), VB (Vanadium, Niob, Tantal), VIB (Chrom, Molybdän, Wolfram) und VIIB (Technetium, Rhenium). WärmeleiteigenschaftenDie für die Wärmeleitung relevanten Eigenschaften wie Dichte, Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Temperaturleitfähigkeit variieren stark. So hat etwa Silber mit 427 W/(m·K) eine ca. 50-fach höhere Wärmeleitfähigkeit als Mangan, siehe Liste mit Werten.
(1) cl: kubisch raumzentriert, cF: kubisch flächenzentriert, hcp: hexagonal dichteste Kugelpackung, A4: Diamantstruktur, tl: tetragonal innenzentriert, P3: rhomboedrisch In Verbindung mit Nichtmetallen treten die Metalle im Allgemeinen als Kationen auf, d. h., die äußeren Elektronen werden vollständig an die Nichtmetallatome abgegeben und es bildet sich eine Ionenverbindung (Salz). In einem Ionengitter werden die Ionen nur durch elektrostatische Kräfte zusammengehalten. Bei Verbindungen mit Übergangsmetallen und bei größeren Anionen (wie dem Sulfid-Ion) können alle Übergangsstufen zur Atombindung vorkommen. Mit Nichtmetallen wie Wasserstoff, Kohlenstoff und Stickstoff werden auch Einlagerungsverbindungen gebildet, wobei sich die Nichtmetallatome in Lücken des Metallgitters befinden, ohne dieses wesentlich zu verändern. Diese Einlagerungsverbindungen behalten die typischen Metalleigenschaften wie die Elektrische Leitfähigkeit. Metallkationen, v. a. die der Nebengruppenmetalle, bilden mit Basen (Wasser, Ammoniak, Halogeniden, Cyaniden u. v. a.) Komplexverbindungen, deren Stabilität nicht allein durch die elektrostatische Anziehung erklärt werden kann. Metalle in höheren Oxidationsstufen bilden auch Komplexanionen, z. B.: C r O 3 + 2 K O H ⟶ K 2 C r O 4 + H 2 O {\displaystyle \mathrm {CrO_{3}+2\ KOH\longrightarrow K_{2}CrO_{4}+H_{2}O} } Chromtrioxid löst sich in Kalilauge unter Bildung von Kaliumchromat und Wasser.Mischungen aus einem Metall und einem oder mehreren anderen Elementen, die metallisch oder nicht-metallisch sein können, heißen Legierungen, wenn diese Mischung die typischen metallischen Eigenschaften aufweist (Verformbarkeit, elektrische Leitfähigkeit, …), wenn also weiterhin eine metallische Bindung vorliegt. Legierungen haben oft völlig andere physikalische und chemische Eigenschaften als die reinen Metalle. Vor allem die Härte und die Festigkeit sind teilweise um Größenordnungen höher. Ebenso kann sich die Korrosionsbeständigkeit deutlich erhöhen. Der Schmelzpunkt von Legierungen liegt dagegen oft unter dem der reinen Metalle; bei einer bestimmten Zusammensetzung wird der tiefste Schmelzpunkt erreicht, das Eutektikum. Als erste gezielt hergestellte Legierung der Menschheitsgeschichte wurde die Bronze genutzt, eine Legierung aus 80 bis 95 % Kupfer und 5 bis 20 % Zinn. Seit langem ist Stahl die am häufigsten verwendete Legierung; er ist eine Mischung aus Eisen mit Anteilen von Kohlenstoff und teils von weiteren Elementen (→ Stahllegierung). Das Vorkommen einiger Metalle an Land und im Meer im Vergleich Quelle: Meeresatlas – Daten und Fakten über unseren Umgang mit dem Ozean, 2017[5] Der Erdkern besteht zum größten Teil aus Eisen, da es erstens in sehr großen Mengen vorkommt, weil es das kernphysikalisch stabilste Element ist, und zweitens aufgrund seiner hohen Dichte. In der Erdkruste dagegen überwiegen die Nichtmetalle, relativ häufige Metalle sind Aluminium, Eisen, Mangan, Titan, Calcium, Magnesium, Natrium und Kalium. Viele seltene Metalle treten aber in ihren Abbaustätten stark angereichert auf. Gesteine, die nutzbare Metalle in abbauwürdigen Konzentrationen enthalten, werden Erze genannt. Zu den wichtigsten Erzen gehören:
Die Metalle werden aus den jeweiligen Erzen metallurgisch gewonnen. Manche Edelmetalle, v. a. Gold, kommen auch gediegen, d. h. in reiner Form und nicht als Verbindung (Erz oder Mineral) vor. Silbermünze „Eichbaum“ Fünf Reichsmark (1927–1933) Kupferdach in Dresden Preise für Metalle Viele Metalle sind wichtige Werkstoffe. Die moderne Welt wäre ohne Metalle unmöglich. Nicht ohne Grund werden Phasen der Menschheitsentwicklung nach den verwendeten Werkstoffen als Steinzeit, Bronzezeit, Eisenzeit bezeichnet. Reine Metalle werden zur Herstellung elektrischer Leitungen genutzt, da sie die größte Leitfähigkeit besitzen. Dafür wird vor allem unlegiertes Kupfer und Aluminium und selten auch Gold verwendet. Ansonsten werden reine Metalle praktisch nie eingesetzt. Die folgende Liste enthält die wichtigsten Metalle und Legierungsbestandteile, keine Verbindungen:
In der Astrophysik ist Metall anders definiert, siehe dazu Metallizität; hier bezeichnet es jedes chemische Element oberhalb einer bestimmten Ordnungszahl (meist höher als Helium). Das sind alle durch Kernfusion in Sternen oder durch Supernovae entstandenen Elemente, wogegen Wasserstoff und Helium (zusammen mit einigen Spuren von Lithium) als durch den Urknall entstanden gedacht werden. Die Metallizität eines Sterns hängt mit seinem Entstehungszeitpunkt zusammen (siehe Population). Es wird angenommen, dass Wasserstoff im Inneren von hinreichend schweren Gasplaneten in den metallischen Zustand (im Sinne der chemischen Metalldefinition) übergehen kann; dieser metallische Wasserstoff ist wahrscheinlich auch für das extrem starke Magnetfeld des Jupiter verantwortlich. Metallischer Wasserstoff trägt aber nicht zur astrophysikalischen Metallizität des Objekts bei, in dem er vorkommt. Metall bezeichnet hier ein Element der traditionellen Fünf-Elemente-Lehre. Als Metalle werden in der Heraldik die Tinkturen (Wappenfarben) Gold und Silber bezeichnet. Bei Wappenmalereien wird als Ersatz für Gold die Farbe Gelb und als Ersatz für Silber die Farbe Weiß verwendet.
Wiktionary: Metall – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen Commons: Metalle – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Elementkategorien im Periodensystem
Alkalimetalle | Erdalkalimetalle | Halogene | Edelgase | Lanthanoide | Actinoide | Übergangsmetalle | Metalle | Halbmetalle | Nichtmetalle Normdaten (Sachbegriff): GND: 4038860-8 |
Welche arten von metallen gibt es
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