Die Metalle

Die Metalle

Metallatome bilden reguläre Metallgitter.

Chemie

Schlagwörter

Metall, Metallgitter, Metallbindung, Eisen, Aluminium, Zink, Kupfer, Silber, Gold, Natrium, Kalzium, Fe, Al, Zn, Cu, Ag, Au, Na, Ca, Metallatomkern, delokalisierter Elektron, Kristallstruktur, kubisch raumzentrierte Kristallgitter, Hexagonales Metallgitter, kubisch flächenzentriertes Gitter, elektrischer Leiter, Leichtmetall, Schwermetall, Erz, Wärmeleiter, Korrosion, Ferromagnet, Stahl, amphoter, Thermit, Eisenerz, bauxit, Sphalerit, Messing, Legierung, Cuprit, Schmuck, Edelmetall, Königswasser, Karat, Schmelzflusselektrolyse, Chemie

Verwandte Extras

3D-Modelle

Eisen (Fe)

Eisen (Fe)

Angaben

Molare Masse: 55,85 g/mol

Schmelzpunkt: 1538 °C

Siedepunkt: 2861 °C

Dichte: 7,86 g/cm³

Eigenschaften

Eisen ist ein Element der Eisengruppe, seine Kristallstruktur ist kubisch raumzentriert. In reinem Zustand ist dieses Metall gräulich-weiß, metallisch glänzend und relativ weich. Bei hoher Temperatur ist es in reinem Zustand sehr gut bearbeitbar. Es ist ferromagnetisch. Eisen ist ein guter elektrischer und Wärmeleiter. Sein Standardpotenzial ist negativ. In feuchter Luft rostet es. Eisenpulver verbrennt in der Flamme ähnlich wie eine Wunderkerze. Eisen löst sich in verdünnten Säuren unter Entwicklung von gasförmigem Wasserstoff und wird von konzentrierten Säuren passiviert.

Vorkommen, Herstellung

Eisen ist eines der verbreitetsten Elemente der Erde. In elementarem Zustand kommt es nur selten vor, vor allem in Meteoriten. Am häufigsten finden wir es in seinen Erzen Hämatit und Limonit, aus denen es auch durch Eisenverhüttung hergestellt wird.

Verwendung

Eisen wird zur Stahlherstellung verwendet. Im menschlichen Organismus findet man es im Hämoglobin der roten Blutkörperchen. Eisenmangel kann zu Blutarmut führen.

Aluminium (Al)

Aluminium (Al)

Angaben

Molare Masse: 26,98 g/mol

Schmelzpunkt: 660 °C

Siedepunkt: 2519 °C

Dichte: 2,7 g/cm³

Eigenschaften

Aluminium ist ein Element der dritten Hauptgruppe, seine Kristallstruktur ist kubisch flächenzentriert. Aluminium ist ein Leichtmetall, das silbrig-weiß, gut dehnbar und walzbar ist. An der Oberfläche dieses Metalls bildet sich eine zusammenhängende Oxidschicht, sodass es an der Luft nicht korrodiert.
Es ist sowohl in verdünnten Säuren als auch in Laugen löslich, Aluminium ist amphoter. Typisch ist die sogenannte Thermitreaktion, bei der Eisenoxid bei 2.000 °C zu Eisen reduziert wird.

Vorkommen, Herstellung

Aluminium kommt in der Natur in elementarer Form nicht vor, doch seine Verbindungen sind häufig, z. B. Korund. Es wird in Aluminiumhütten aus Bauxit gewonnen.

Verwendung

Aluminium und seine Legierungen werden in großen Mengen und in vielerlei Bereichen verwendet. Aus ihnen werden elektrische Leitungen, Platten, Folien, Fahrzeugteile und Baumaterialien hergestellt. Lösliche Aluminiumverbindungen sind gesundheitsschädigend, was bei der Verwendung von Töpfen und Essbesteck beachtet werden muss.

Zink (Zn)

Zink (Zn)

Angaben

Molare Masse: 65,3 g/mol

Schmelzpunkt: 419,5 °C

Siedepunkt: 907 °C

Dichte: 7,14 g/cm³

Angaben

Zink ist ein Element der Zinkgruppe, seine Kristallstruktur ist hexagonal. Es hat eine bläulich-weiße Farbe und ist ein leicht schmelzbares Schwermetall. Seine großen Kristalle sind leicht an seiner Oberfläche zu erkennen.
Es korrodiert nicht, da sich an seiner Oberfläche eine zusammenhängende Oxidschicht bildet. Die Mischung aus Zink und Schwefelpulver explodiert, wenn sie erhitzt wird. Zink löst sich in Säuren und Laugen unter Bildung von Wasserstoff.

Vorkommen, Herstellung

Zink kommt in der Natur in elementarer Form nicht vor. Seine wichtigen Erze sind Sphalerit (ZnS) und Zinkit (ZnO). Seine Sulfiderze werden geröstet und das entstehende Zinkoxid wird mit Kohlenstoffmonoxid reduziert.

Verwendung

Zink wird als Korrosionsschutz für Eisen- und Stahlteile verwendet beispielsweise bei verzinkten Blechen. Auf diese Art werden Regenrinnen und Gießkannen hergestellt, aber auch Trockenbauelemente. Eine wichtige Legierung ist Messing.

Organismen benötigen kleine Mengen Zink zum Überleben, es ist ein Spurenelement. In großen Mengen ist es giftig.

Kupfer (Cu)

Kupfer (Cu)

Angaben

Molare Masse: 63,5 g/mol

Schmelzpunkt: 1.084,5 °C

Siedepunkt: 2.562 °C

Dichte: 8,96 g/cm³

Eigenschaften

Kupfer ist ein Element der Kupfergruppe, seine Kristallstruktur ist kubisch flächenzentriert. Es ist ein rötliches, relativ weiches Schwermetall. Es ist gut dehnbar, wobei es zu dünnen Drähten gezogen werden kann. Kupfer ist ein ausgezeichneter Wärme- und Stromleiter.
An feuchter Luft entsteht auf seiner Oberfläche eine grüne Oxidationsschicht, die Kupferpatina. Kupfer reagiert mit Wasser, verdünnten Säuren und Laugen nicht, sondern löst sich in oxidierenden Säuren. Es kann gut ligiert werden, zum Beispiel zu Messing, Bronze und Neusilber.

Vorkommen, Herstellung

Kupfer kommt in der Natur auch in elementarem Zustand vor. Ein wichtiges Erz ist der Chalkopyrit. Die Herstellung von Kupfer erfolgt per Reduktion.

Verwendung

Aus Kupfer werden Elektroleitungen, Bleche und Bauteile hergestellt. Wichtig sind seine Legierungen. Kupfer ist für alle Lebewesen als Baustein der Enzyme notwendig. Metallisches Kupfer ist nicht giftig, aber seine ionischen Bindungen sind es, weshalb sie häufig als Fungizide und Pestizide verwendet werden.

Silber (Ag)

Silber (Ag)

Angaben

Molare Masse: 107,8 g/mol

Schmelzpunkt: 962 °C

Siedepunkt: 2.162 °C

Dichte: 10,5 g/cm³

Eigenschaften

Silber ist ein Element der Kupfergruppe, seine Kristallstruktur ist kubisch flächenzentriert. Es hat eine silbrig-weiße Farbe und glänzt stark. Sein feines Pulver ist schwarz. Es ist weicher als Kupfer und härter als Gold. Silber ist eins der am besten bearbeitbaren Metalle und der beste Strom- und Wärmeleiter.
Seine Reaktionsfähigkeit ist gering. An feuchter oder Schwefelwasserstoff enthaltender Luft läuft es schwarz an. Es löst sich nicht in verdünnten Mineralsäuren, dafür aber in konzentrierter Schwefelsäure und konzentrierter Salpetersäure. Es kann gut legiert werden.

Vorkommen, Herstellung

Silber kommt zwar in der Natur auch in elementarem Zustand vor, doch seine Gewinnung erfolgt häufig aus Silbererzen bzw. als Nebenprodukt der Blei- Kupfer- oder Zinkgewinnung.

Verwendung

Silber hat eine starke antibakterielle Wirkung. Eine große Menge Silber wird in der Schmuckindustrie, der Münzherstellung und auch in der Zahnmedizin verwendet. Die löslichen Silberverbindungen sind giftig. Einige seiner Verbindungen, z. B. Silbernitrat, werden in der Medizin zur Warzenbehandlung und Desinfektion verwendet. Früher wurden Silberhalogenide zur Herstellung von Fotos verwendet.

Gold ( Au)

Gold (Au)

Angaben

Molare Masse: 196,9 g/mol

Schmelzpunkt: 1064,2 °C

Siedepunkt: 2.856 °C

Dichte: 19,3 g/cm³

Eigenschaften

Gold ist ein Element der Kupfergruppe, seine Kristallstruktur ist kubisch flächenzentriert. Gold ist ein gelbliches, glänzendes Metall, das sehr weich ist. Von allen Metallen ist es das am besten formbare und dehnbare Metall.
Gold ist ein guter Strom- und Wärmeleiter und verändert sich an der Luft nicht. Es ist ein gegenüber den meisten chemischen Stoffen resistentes Edelmetall. Es ist in Kristallwasser, das ist konzentrierte Salpetersäure und Salzsäure im Verhältnis von 1:3, löslich.

Vorkommen, Herstellung

In der Natur kommt Gold in elementarer Form vor, doch aufgrund seiner Weichheit legiert es. In Legierungen wird der Masseanteil an Gold in Karat angegeben, wobei reines Gold 24 Karat hat.

Verwendung

Einen bedeutenden Teil des Goldes verwendet die Schmuckindustrie, aber es dient auch vielen Staaten als sogenannte Goldreserve als Währungsreserve. Seine Legierungen werden in der Elektroindustrie verwendet.

Natrium (Na)

Natrium (Na)

Angaben

Molare Masse: 23 g/mol

Schmelzpunkt: 97,72°C

Siedepunkt: 883 °C

Dichte: 0,97 g/cm³

Eigenschaften

Natrium ist ein Element der 1. Hauptgruppe, der Alkalimetalle, seine Kristallstruktur ist kubisch raumzentriert. Es ist ein silbrig-weißes, bläulich glänzendes Leichtmetall. Es ist so weich wie Wachs und mit einem Messer schneidbar.
Natrium ist ein guter Stromleiter. Seine Reaktionsfähigkeit ist groß. Natrium ist ein starkes Reduktionsmittel, weshalb man es nicht an der Luft, sondern meist unter Paraffinöl oder Petroleum lagert. Mit Wasser reagiert es exotherm.

Vorkommen, Herstellung

Natrium kommt in der Natur nicht in reiner Form, sondern nur in seinen Verbindungen vor, von denen die bedeutendste Natriumchlorid, das Kochsalz, ist. Die Herstellung von Natrium erfolgt über die Elektrolyse der Schmelze von Natriumchlorid.

Verwendung

Natrium wird bei der Seifenherstellung und zur Reinigung von Metallschmelzen verwendet. Für den Organismus ist Natrium in seiner Form als Natriumion existenziell, da es eine entscheidende Rolle im Wasser-Elektrolyt-Haushalt spielt sowie bei der Entstehung und Weiterleitung von Erregungen in Nervenzellen wichtig ist.

Calcium (Ca)

Calcium (Ca)

Angaben

Molare Masse: 40,08 g/mol

Schmelzpunkt: 842 °C

Siedepunkt: 1.484 °C

Dichte: 1,55 g/cm³

Eigenschaften

Calcium ist ein Element der 2. Hauptgruppe, der Erdalkalimetalle, seine Kristallstruktur ist kubisch flächenzentriert. Es ist ein gräuliches, weiches Leichtmetall, das an der Luft seinen Glanz verliert und vollständig oxidiert. Angezündet verbrennt es mit gleißender Flamme zu Calciumoxid (CaO), einem weißen Pulver. Calcium reagiert sowohl mit Wasser als auch verdünnten Säuren, wobei Wasserstoff freigesetzt wird.

Vorkommen, Herstellung

Calcium kommt aufgrund seiner hohen Reaktionsfähigkeit nur in Verbindungen vor und ist das fünfthäufigste Element der Erdkruste. Zu seinen wichtigsten Mineralien gehören Kalk, Marmor, Dolomit und Gips. Es ist ein Baustein der Knochen und kommt auch in Schnecken- und Muschelgehäusen sowie Korallenkelchen vor. Calcium wird durch Elektrolyse seiner Chloridschmelze hergestellt.

Verwendung

Calcium ist einer der wichtigsten Bestandteile lebender Organismen, da die Festigkeit der Knochen durch Calciumsalze erreicht wird, aber auch für den Wasser-Elektrolyt-Haushalt und die Funktion der Muskeln ist es notwendig.
Calcium wird auch als effektives Reduktionsmittel und als Legierungselement verwendet. Seine Verbindungen, wie Kalk und Gips, sind im Baugewerbe, in der Medizin und in der Landwirtschaft von großer Bedeutung.

Narration

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