Wenn du dich umsiehst, entdeckst du bestimmt ein Metall in deiner Nähe. Vielleicht fällt es dir nur nicht auf. In der Küche ist es sehr offensichtlich. Die Töpfe, das Besteck, die Spüle, der Wasserhahn und noch vieles mehr bestehen hier aus Metall. In Autos sind auch sehr viele Metalle verbaut, angefangen von der Karosserie bis hin zum Motor. Aber auch dein Handy enthält eine beeindruckende Vielfalt an Metallen. Eisen, Silizium, Magnesium, Aluminium, Kupfer und Nickel sind nur wenige Beispiele. Über 60 verschiedene Metalle werden für die Herstellung von Smartphones verwendet. Allerdings werden nicht immer alle in einem Gerät verbaut. Was Metalle zu so besonderen Werkstoffen macht, hängt mit ihren Eigenschaften zusammen. Diese lernst du im Folgenden genauer kennen.
Metalle im Periodensystem
Wenn du dir das Periodensystem anschaust, kannst du erkennen, dass der Großteil der Elemente zu den Metallen gehört. Im Periodensystem in Abbildung 1 sind sie durch die verschiedenen Blautöne gekennzeichnet. Allgemein befinden sie sich in den linken und unteren Bereichen des Periodensystems. Die Grenze zwischen Metallen und Nichtmetallen (gelbe Elemente in Abbildung 1) ist nicht scharf. Die Elemente an der Grenze sind weder typische Metalle noch typische Nichtmetalle. Ihre Eigenschaften liegen zwischen den Extremen. Sie werden häufig als Halbmetalle bezeichnet und sind im abgebildeten Periodensystem grün hinterlegt.
Mrmw, CC0, via Wikimedia Commons
Eigenschaften der Metalle
Mehrere physikalische und chemische Eigenschaften sind charakteristisch für Metalle und werden zur entsprechenden Klassifizierung der Elemente herangezogen. Du kannst sie dir sehr leicht durch die Verwendung von Metallen herleiten.
Weißt du, wie ein Stromkabel von innen ausschaut? Unter der schützenden Isolation aus Kunststoff verbergen sich sehr häufig gebündelte Kupferdrähte (Abb. 2). Kupfer ist ein Metall und wird für Kabel verwendet, weil es den elektrischen Strom gut leitet. Allgemein ist eine Eigenschaft der Metalle die elektrische Leitfähigkeit.
Metalle können nicht nur den elektrischen Strom leiten, sondern haben auch eine große Wärmeleitfähigkeit. Was bedeutet das konkret? Stell dir vor, du hast einen Metallstab und erhitzt ihn an einer Stelle. Nach kurzer Zeit wird der Metallstab auch an Stellen warm sein, die du gar nicht erhitzt hast, weil die Wärme weitergeleitet wird. Diese Eigenschaft machen wir uns zum Beispiel bei Kochtöpfen zu nutze (Abb. 3). Hier wird die Wärme der Heizplatte schnell durch den Boden des Topfes an die Innenseite weitergeleitet.
Metalle werden außerhalb der von Küche und Technik auch sehr häufig für Schmuck verwendet. Ringe, Anhänger, Piercings und vieles mehr bestehen in vielen Fällen aus Metallen (Abb. 4). Häufig verwendete Metalle sind hier zum Beispiel Gold, Silber und Platin. Viele Menschen schätzen solchen Schmuck aufgrund seines metallischen Glanzes, der ein Kennzeichen für alle Metalle ist. Allerdings haben nicht nur Metalle, sondern auch einige Nichtmetalle und Verbindungen einen metallischen Glanz. Ein Beispiel für ein Element, das metallisch glänzt, ist Iod. Pyrit, das auch als Katzengold bekannt ist, glänzt auch schön metallisch, ist aber eine Verbindung.
Das letzte Charakteristische Merkmal der Metalle ist die Verformbarkeit. Diese Eigenschaft nutzen Menschen bei Gold schon seit rund 4.000 Jahren. In der Vergangenheit wurden viele Kunstwerke, Statuen und noch viel mehr mit Blattgold vergoldetet. Bei der Herstellung von Blattgold wird ein Stück Gold erst zu einem Band gewalzt und anschließend ganz platt gehämmert. Aus einem 850 Gramm schweren Goldbarren kann Blattgold hergestellt werden, das zusammengerechnet eine Oberfläche von 350 Quadratmeter hat. Das entspricht in etwa der Größe eines Basketballfeldes. Blattgold ist am Ende 1.000-mal dünner als ein Blatt Zeitungspapier. Gold ist somit ein beeindruckendes Beispiel für die Verformbarkeit von Metallen.
Jetzt kennst du vier charakteristischen Merkmale der Metalle: elektrische Leitfähigkeit, große Wärmeleitfähigkeit, metallischer Glanz und Verformbarkeit. Jedoch unterschieden sich die Metalle in anderen Eigenschaften ganz extrem. So können manche Metalle, wie Natrium, mit einem Messer geschnitten werden. Das ist bei Eisen zum Beispiel nicht möglich, da es viel härter ist.