Metalle und Erze

• Metalle machen einen Großteil des Periodensystems aus. 
• In vielen Periodensystemen sind sie farblich gekennzeichnet und befinden sich vor allem im linken und unteren Bereich.
• Die charakteristischen Eigenschaften der Metalle sind: elektrische Leitfähigkeit, große Wärmeleitfähigkeit, metallischer Glanz und Verformbarkeit.

• Metalle bestehen aus positiv geladenen Atomrümpfen und einem negativ geladenen Elektronengas. 
• Mithilfe des Elektronengasmodells können die typischen Eigenschaften von Metallen erklärt werden.  

• Ein Stück Metall besteht auf der Teilchenebene aus Metall-Atomen, die gitterförmig angeordnet sind. 
• Die Anordnung der Metall-Atome im Metallgitter kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. 
• Es gibt im Wesentlichen drei verschiedene Anordnungsmöglichkeiten, die wir Gittertypen nennen. 
• Die Gittertypen heißen kubisch-innenzentrierte Kugelpackung, kubisch-dichteste Kugelpackung und hexagonal-dichteste Kugelpackung. 

• Kupfer, Eisen, Aluminium und Lithium gehören zu den wichtigsten Metallen aus unserem Alltag.
• Als Reinstoffe nutzen wir ihre metallischen Eigenschaften z. B. der elektrischen Leitfähigkeit beim Kupfer und Lithium, der geringen Masse von Aluminium oder des Magnetisierens beim Eisen.
• In der Natur kommen diese Metalle in Verbindungen vor.
• Auch ihre Verbindungen und die Metalle als Ionen haben unterschiedliche Funktionen, die wir nutzen.

• Kupfer, Bronze und Eisen veränderten die Welt so tiefgreifend, dass ganze Epochen nach ihnen benannt wurden. 
• Die Gewinnung der Metalle ist ein sehr komplexer Prozess, der im Verlauf von Tausenden von Jahren entstand. 

Das Wichtigste auf einen Blick

• ​​​Die meisten Metalle kommen in sogenannten Erzen vor. 
• Für die Gewinnung von Metallen aus Erzen benötigen wir viel Energie. 
• Bei der Metallgewinnung werden die Metall-Ionen in den Erzen zu Metall-Atomen reduziert. 
• Bei der Raffination werden die Metalle gereinigt, sodass sie möglichst rein vorliegen. 

• Kupfer kommt auf unserer Erde sowohl elementar (gediegen) als auch in kupferhaltigen Erzen vor.
• Die Gewinnung von Kupfer aus kupferhaltigen Erzen erfolgt in mehreren Schritten.
• Zuerst wird das Kupfer durch Flotation angereichert, sodass der Kupfergehalt im Gestein steigt.
• Dann wird Rohkupfer durch Rösten gewonnen, welches in einer anschließenden elektrolytischen Raffination gereinigt und so zu Reinkupfer wird. 

• Die Gewinnung von Kupfer aus kupferhaltigen Erzen erfolgt in mehreren Schritten. Es wird zuerst Rohkupfer durch Rösten gewonnen.
• Unter Rösten wird in der Metallurgie das Erhitzen von schwefel-, arsen- oder antimonhaltigen Erzen verstanden, wobei Röstgase (z. B. Schwefeldioxid) entstehen.  
• Durch das Rösten können Verunreinigungen, wie Schwefel, aus dem Erz entfernt werden.

• Die Gewinnung von Kupfer aus kupferhaltigen Erzen erfolgt in mehreren Schritten.
• Es wird zuerst Rohkupfer durch Rösten gewonnen.
• Anschließend wird das Rohkupfer durch eine Elektrolyse gereinigt, sodass Reinkupfer entsteht. Dieser Schritt wird elektrolytische Raffination genannt. 

• Aluminium wird mithilfe der Schmelzflusselektrolyse gewonnen.
• Mithilfe des Minerals Kryolit kann der Schmelzpunkt von Aluminiumoxid herabgesetzt werden.
• Bei der Schmelzflusselektrolyse reagiert das geschmolzene Aluminiumoxid mit Kohlenstoff zu reinem Aluminium und Kohlenstoffdioxid, was eine Redoxreaktion darstellt.

• Die Eisen-Gewinnung erfolgt im Hochofen.
• Das so gewonnene Eisen heißt Roheisen und muss vor der Verwendung erst noch weiterverarbeitet werden.
• Eisenoxide reagieren mit Kohlenstoffmonoxid stufenweise zu flüssigem Roheisen.
• Kohlenstoffmonoxid entsteht durch die Verbrennung von Koks bei hohen Temperaturen.

• Halbmetalle bilden im Periodensystem eine Grenze zwischen den Metallen und den Nichtmetallen.
• Die Halbmetalle können sowohl metallische als auch nichtmetallische Eigenschaften haben.
• Sie sehen z. B. metallisch aus, sind aber spröde.
• Bei Zimmertemperatur sind sie Nichtleiter, mit steigender Temperatur sind sie Leiter.

• Wir unterscheiden in Leicht- und Schwermetalle, um sie nach ihren unterschiedlichen Eigenschaften einordnen zu können.
• Leichtmetalle haben eine Dichte von $\ce{\rho < 5\frac{g}{cm^3}}$
• Schwermetalle haben eine Dichte von $\ce{\rho \geq 5\frac{g}{cm^3}}$

• Die bekanntesten Edelmetalle sind Silber, Gold und Platin. 
• Zu den Edelmetallen zählen auch noch die Elemente Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium und Iridium. 
• Edelmetalle sind in natürlicher Umgebung unter Einwirkung von Luft und Wasser chemisch stabil. 
• Edelmetalle, wie Silber oder Gold, werden häufig zu Schmuckstücken oder Münzen verarbeitet. 

• Legierungen sind Stoffgemische, die aus mindestens zwei Stoffen bestehen, wovon eines ein Metall ist.
• Bekannte Legierungen sind z. B. Bronze, Messing und Stahl.
• Metalle werden zu Legierungen gemischt, damit sie an Härte und Standfestigkeit gewinnen.

• Beim Recycling von Metall (Sekundärmetall) wird im Vergleich zur Gewinnung von Rohmetall (Primärmetall) weniger Energie benötigt und weniger Kohlenstoffdioxid ausgestoßen.
• Für das Recycling von Metall ist die richtige Mülltrennung besonders wichtig.
• Während des Recyclingprozesses werden die Metalle gesammelt, von anderen Stoffen getrennt, zerkleinert, geschmolzen und in Formen gegossen. Diese Formstücke können dann zu neuen Produkten weiterverarbeitet werden.

• Recyceltes Aluminium nennen wir Sekundär-Aluminium.
• Die Gewinnung von Sekundär-Aluminium ist umweltfreundlicher, weil weniger Energie benötigt und weniger Kohlenstoffdioxid ausgestoßen wird, als bei dem Gewinnen von Primär-Aluminium aus Erzen.
• Für das Aluminium-Recycling ist es wichtig, die Legierungen sortenrein zu trennen.
• Aus dem recycelten Aluminium können wieder neue Produkte (z. B. Getränkedosen entstehen).