Eigenschaften von Metallen

Eigenschaften von Metallen Übung

• Entscheide, bei welchen Elementen es sich um Metalle handelt.

  Tipps

  Beachte die Stellung der Elemente im Periodensystem.

  Überlege dir, welche Eigenschaften die gegebenen Elemente besitzen und vergleiche sie mit denen von Metallen.

  Lösung

  Im Peridodensystem der Elemente lassen sich alle Metalle und Nichtmetalle finden.

  • Die ersten zwei Hauptgruppen im Periodensystem umfassen die Alkali- und Erdalkalimetallen (gelb). Zu diesen gehören u.a. Lithium (Li) und Magnesium (Mg).
  • Eine nächste Einheit bilden die Übergangsmetalle (blau). Hierzu gehören Chrom (Cr) und Kupfer (Cu).
  • Im roten Block werden sowohl Nichtmetalle als auch Halbmetalle und Metalle zugeordnet. Die Halbmetalle bilden eine Diagonale von Bor (B) bis Astat (At). Darüber liegen die Nichtmetalle, wie z.B. Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff. Darunter befinden sich weitere Metalle, wie zum Beispiel Zinn (Sn).
  • Die achte Hauptgruppe enthält die Edelgase (violett), wie das aufgeführte Xenon (Xe) oder auch Neon (Ne) und Helium (He).

• Erkenne die Metalleigenschaft anhand der gegebenen Anwendung.

  Tipps

  Sieh dich einmal genau um. Wo in deinem Alltag kannst du Metalle finden und welche Eigenschaft macht ihre Anwendung sinnvoll?

  Lösung

  Die häufigste Anwendung von Metallen findet man in der Technik, dabei wird die elektrische Leitfähigkeit der Metalle beim Bau von Kabeln, welche vor allem aus Kupfer hergestellt werden, ausgenutzt. Ebenfalls aus Kupfer werden Heizkessel gebaut, weil diese sehr gut wärmeleitend sind.

  Noch heute ist Kupfer u.a. auch in Schmuckstücken oder Geldmünzen vorhanden, da es den Gegenständen einen schönen Glanz verleiht. Oftmals werden allerdings Legierungen verwendet, wie z.B. Bronze, welches eine Mischung aus den Metallen Kupfer und Zink ist.

  Die gute Verformbarkeit macht Anwendungen als Federn möglich. Aber auch beim Verpacken mit Alufolie wird die gute Verformbarkeit des Aluminiums ausgenutzt.

• Bestimme die Eigenschaften, in denen sich Quecksilber und Kupfer unterscheiden.

  Tipps

  Quecksilber wird in Thermometern verwendet.

  Welche Eigenschaften haben alle Metalle gemeinsam?

  Lösung

  Quecksilber ist das einzige Metall, das bei Raumtemperatur flüssig ist. Deswegen kann es als Thermometerflüssigkeit verwendet werden und unterscheidet sich vom Kupfer in Aggregatzustand und Dichte. Außerdem unterscheiden sich die Metalle in der Farbe, denn Kupfer ist lachsfarben und Quecksilber silbrig glänzend.

  Anhand der übrigen Eigenschaften, wie Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Verformbarkeit können Kupfer und Quecksilber nicht unterschieden werden, da diese Eigenschaften alle Metalle gemeinsam haben.

• Erkläre, warum Metalle den elektrischen Strom leiten.

  Tipps

  Es geht um die Metallbindung.

  Ein elektrisches Feld wird an einem Leiter angelegt, wenn er mit einer Spannungsquelle über Plus- und Minuspol verbunden wird.

  Lösung

  Das Metallgitter baut sich aus Atomen auf. Bei Ausbildung der Metallbindung geben die Atome jeweils ein Elektron ab und werden zu den positiv geladenen Atomrümpfen. Durch elektrostatische Anziehungskräfte zwischen den frei beweglichen Elektronen und den Atomrümpfen besteht ein Zusammenhalt (ähnlich der Anziehung bei Magneten von Nord- und Südpol und Abstoßung gleicher Pole).

  Wird ein elektrisches Feld angelegt (Spannungsquelle mit Plus- und Minuspol), so bewegen sich die negativ geladenen, frei beweglichen Elektronen zum Pluspol (Anziehung von entgegengesetzten Ladungen). Durch diesen Vorgang entsteht ein Elektronüberschuss am Pluspol und ein Elektronmangel am Minuspol. Diesen Effekt bezeichnet man als Spannung (Potentialdifferenz).

  Die Schwingung der Atomrümpfe (kinetische Energie) hingegen ist die Erklärung der Wärmeleitfähigkeit. Beim Erhitzen (Zufuhr von thermischer Energie = kinetische Energie) werden die Atomrümpfe zum Schwingen angeregt. Da die Elektronen frei beweglich sind, bleibt die Anziehungskraft zwischen Elektronen und Atomrümpfen erhalten und die „Schwingung“ kann über das gesamte Metall übertragen werden (= Wärmeleitung).

• Bestimme die Eigenschaften, die alle Metalle gemeinsam haben.

  Tipps

  Schau dich einmal genau um. Wo in deinem Alltag kannst du Metalle finden und welche Eigenschaft macht ihre Anwendung sinnvoll?

  Lösung

  • Alle Metalle sind elektrisch leitend, wärmeleitend, mechanisch verformbar und sie glänzen. Ursache dafür ist die Metallbindung.

  • Metalle lösen sich nicht in Wasser (Zerlegung in Ionen nicht möglich), können aber durch das Wasser anlaufen (oxidieren). Außerdem gibt es aufgrund der Metallstruktur bei Raumtemperatur keine gasförmigen Metalle.

• Beschreibe die metallischen Eigenschaften von Calcium.

  Tipps

  Wo befindet sich Calcium im Periodensystem und welche Informationen können daraus entnommen werden?

  Bei der Reaktion mit Sauerstoff bildet sich CaO.

  Lösung

  Da sich Calcium in der zweiten Hauptgruppe befindet, ist es den Erdalkalimetallen zuzuordnen. Bei Ausbildung einer Metallbindung geben die Metallatome ein Elektron ab und werden dabei zu den positiv geladenen Atomrümpfen. Die Elektronen bilden ein „Elektrongas“ um diese Atomrümpfe herum. Weil sich die Elektronen frei bewegen und elektrostatisch von den Rümpfen angezogen werden, können die Atomrümpfe gegeneinander verschoben werden (verformt) ohne voneinander elektrisch abgestoßen zu werden. Darüber hinaus ist Calcium sehr reaktionsfreudig. So reagiert es, wenn es nicht unter Schutzgas aufbewahrt wird, mit dem Luftsauerstoff zum Calciumoxid. Deswegen kommt Calcium nicht gediegen (als reines Element) in der Natur vor. Auch andere Metalle reagieren bei Anwesenheit von Luftsauserstoff und Wasser zu Oxiden oder Hydroxiden (Korrosion). Das ist der Grund, warum viele Metalle mit der Zeit ihren Glanz verlieren.