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Eigenschaften von Metallen

Metalle sind eine bedeutende Gruppe von Stoffen, die im Periodensystem eine wichtige Rolle spielen. Ihre besonderen Eigenschaften wie Glanz, Biegsamkeit und hohe Wärme- sowie elektrische Leitfähigkeit machen sie sehr vielseitig einsetzbar. Möchtest du mehr über Metalle erfahren und dein Wissen testen? Dann lies weiter! Die folgenden Informationen bieten dir interessante Einblicke in dieses Thema.

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Eigenschaften von Metallen
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Grundlagen zum Thema Eigenschaften von Metallen

Einführung: Metalle in der Chemie

Überall gibt es Metalle! So besteht dein Fahrrad hauptsächlich aus Metallen wie Eisen $\left( \ce{Fe} \right)$ und Aluminium $\left( \ce{Al} \right)$. Metalle können sehr auffällige Stoffe sein: Sie können glänzen und einige wenige Metalle wie Eisen sind magnetisch; Quecksilber $\left( \ce{Hg} \right)$ ist bei Raumtemperatur ein flüssiges und übrigens auch giftiges Metall; Gold $\left( \ce{Au} \right)$ und Platin $\left( \ce{Pt} \right)$ sind besonders wertvolle und edle Metalle. Unedle Metalle wie Zink $\left( \ce{Zn} \right)$ oder Blei $\left( \ce{Pb} \right)$ werden im Rostschutz eingesetzt. Neben deinem Fahrrad bestehen viele wichtige Produkte hauptsächlich aus Metallen: Schiffe, Flugzeuge und Autos, aber auch das Innenleben von Computern und Smartphones.
Oft fällt bei Produkten aus Metall der Begriff Stahl. Darunter versteht man eine Legierung von Eisen, die unter anderem circa zwei Prozent Kohlenstoff-Beimengung enthält.
Ob du es glaubst oder nicht: Wir haben sogar im Körper Metalle, sogenannte Spurenelemente! So benötigen wir Eisen, um den Sauerstoff im Blut zu den Zellen transportieren zu können.

Was sind Metalle? – Definition

Betrachten wir Metalle in der Chemie, dann schauen wir zunächst auf das Periodensystem der chemischen Elemente. Metalle sind alle chemischen Elemente, die im folgenden Bild blau eingefärbt sind. Schnell sieht man: Die meisten chemischen Elemente sind Metalle, rund $80$ Prozent!

Metalle im Periodensystem der Elemente

Metalle können auf unterschiedliche Weisen in Gruppen aufgeteilt werden. Man kann sie zum Beispiel in edle und unedle Metalle oder aufgrund ihrer Dichte in Leichtmetalle und Schwermetalle einteilen. Von den Nichtmetallen unterscheiden sich die Metalle aufgrund einiger Eigenschaften, die vor allem auf das Verhalten der Außenelektronen (Valenzelektronen) innerhalb des Metalls zurückzuführen sind.

Metalle haben eine große Bedeutung und auch du hast sicher sehr häufig im Alltag mit Metallen zu tun. Die Verwendung von Metallen ist vielfältig. So findest du sie als Ausgangsmaterial bei der Fertigung von Baggern, in Eisenbahnzügen, in Gleisen, in Schmuck, in Gebäuden, im Besteck, im Schiffbau oder in Stromkabeln. Autos und Lkws sind auch zum großen Teil aus Metallen gefertigt. Viele Alltagsgegenstände bestehen also aus Metallen. Aber welche Eigenschaften haben Metalle? Sind Metalle verformbar? Wann sind Metalle verformbar? Und welche typischen Eigenschaften von Metallen kann man ohne Hilfsmittel erkennen?

Eigenschaften der Metalle

Einfach erklärt sind die charakteristischen, gemeinsamen, chemischen und physikalischen Eigenschaften von Metallen die guten Strom- und Wärmeleiteigenschaften, die Undurchsichtigkeit, die Robustheit, die Stabilität, der Metallglanz und die Verformbarkeit. Außerdem schmelzen Metalle, ohne sich zu zersetzen. Diese Eigenschaften sind bei jedem Metall unterschiedlich stark ausgeprägt.

Die wichtigsten Eigenschaften der Metalle sind die vier folgenden charakteristischen Eigenschaften:

  • Metalle zeigen einen typischen Glanz.
  • Metalle sind verformbar.
  • Metalle haben eine gute Wärmeleitfähigkeit.
  • Metalle haben eine gute elektrische Leitfähigkeit.

Metalle haben also viele interessante Eigenschaften. Ihre besonderen Eigenschaften verdanken sie der Metallbindung. Die Metallbindung beschränkt sich nicht auf eine Bindung zwischen zwei Atomen, auch nicht auf drei oder vier Atome. Bei einer Metallbindung sind ganz viele Metallatome miteinander verbunden. Sie bilden ein Metallgitter aus eng benachbarten Atomrümpfen. Jeder Atomrumpf hat auch seine Außenelektronen in das Metallgitter eingebracht.
Aber im Unterschied zu anderen Bindungen können die Außenelektronen im Metallgitter ständig ihren Platz wechseln – sie sind über das gesamte Metallgitter delokalisiert. Man spricht deswegen auch vom sogenannten Elektronengas. Dabei herrschen zwischen den delokalisierten, negativ geladenen Elektronen und den positiv geladenen Atomrümpfen elektrostatische Anziehungskräfte. Das kannst du auch hier in diesem Bild sehen:

Eigenschaften der Metalle Elektronengasmodell, Atomrümpfe und Valenzelektronen auf der Teilchenebene

Die daraus folgenden mechanischen und weitere physikalische Eigenschaften der Metalle werden in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt und erklärt.

Eigenschaften Erklärung Beispiel
Verformbarkeit (Duktilität) Statt wie beim Salz (unter normalen Bedingungen) bei Einwirkung von Kraft zu brechen, verformen sich Metalle. Dabei verschiebt sich die kristalline Struktur. Über das Elektronengas wird diese aber weiterhin zusammengehalten. Metalle lassen sich somit leicht durch Schmieden, Walzen, Pressen sowie Gießen und Biegen verformen, besonders bei erhöhten Temperaturen.
Sehr gut lassen sich beispielsweise Metalle wie Eisen, Gold oder Platin verformen.
Stromleitfähigkeit Durch Anlegen einer Spannung bewegen sich die frei beweglichen Elektronen des Elektronengases vom Minus- zum Pluspol. Diese Eigenschaft macht man sich bei der Verwendung von Metallen als elektrische Leiter in Stromkabeln zunutze.
Wärmeleitfähigkeit Auch hier spielt das Elektronengasmodell die entscheidende Rolle. Die Bewegungsenergie der Teilchen wird durch die freien Elektronen leicht von einem zum nächsten Teilchen übertragen. Dadurch sind Metalle gut wärmeleitfähig. Der Wärmetransport über Metalle kommt zum Beispiel bei Heizkörpern und Kochtöpfen zum Einsatz.
Metallglanz und Farbe Die beweglichen, freien Elektronen ermöglichen es, sichtbares Licht jeglicher Wellenlänge gleich gut zu reflektieren. Nur ein Teil des auftreffenden Lichts gelangt so unter die Oberfläche (und führt zur Erwärmung des Metalls). Deswegen zeigt eine Metalloberfläche einen ganz typischen Glanz. Die Grundfarbe von Metallen hängt vom jeweiligen Element ab, die meisten sind grau bis leicht bläulich. Die Schönheit des Glanzes wird bei Autofelgen, Essbestecken und natürlich bei der Herstellung von Schmuck genutzt.

Einige chemische Elemente entlang der Grenze zwischen Metallen und Nichtmetallen, beispielsweise Silicium $\left( \ce{Si} \right)$ oder Germanium $\left( \ce{Ge} \right)$, sind Halbmetalle. Halbmetalle zeigen nur teilweise oder nur unter bestimmten Bedingungen metallische Eigenschaften.
Andere Stoffeigenschaften wie die Schmelzpunkte der Metalle und ihre Siedepunkte können von Metall zu Metall sehr unterschiedlich sein. Geschmolzene Metalle können andere Metalle lösen. So bilden sie Legierungen, also Gemenge unterschiedlicher Metalle, wenn sie wieder abkühlen. Wegen ihrer besonderen Eigenschaften sind viele Legierungen von großer praktischer Bedeutung. Eine Legierung kennst du bestimmt von alten Türgriffen, die waren früher meist aus Messing. Das ist eine Legierung aus Kupfer $\left( \ce{Cu} \right)$ und Zink $\left( \ce{Zn} \right)$.

Unterscheidung der Stoffeigenschaften von Metallen

Metalle können nach den typischen physikalischen Eigenschaften unterschiedlich eingeteilt werden. Man kann demnach die Dichte, den Schmelzpunkt und das Reaktionsverhalten unterscheiden.

  • Dichte von Metallen: Einteilung der Metalle in Leicht- und Schwermetalle
  • Schmelzpunkt Metalle: Unterscheidung zwischen niedrigschmelzenden $(\pu{< 600 °C})$, mittelschmelzenden $(\pu{600 - 1100 °C})$ und hochschmelzenden $(\pu{> 1100 °C})$ Metallen
  • Reaktionsverhalten: Einteilung in edle und unedle Metalle in der elektrochemischen Spannungsreihe

Aufbau der Metalle

Grundsätzlich sind die Metallatome so aufgebaut wie alle anderen Atome. Die Elektronen bewegen sich auf Schalen um die Atomkerne herum. Auf der äußersten Schale befinden sich die Außenelektronen bzw. Valenzelektronen. Sie sind für die chemische Bindung zwischen den Metallatomen verantwortlich.
Im festen Metall bilden ganz viele Metallatome ein Atomgitter. Die Valenzelektronen bewegen sich dabei ganz frei zwischen allen Metallatomen im Gitter und binden so die Metallatome untereinander. Diese Art der Bindung heißt Metallbindung.

Die Metallbindung ist verantwortlich für viele der oben genannten Eigenschaften, die alle Metalle gemeinsam haben.

Bau und Eigenschaften der Metalle – Beispiel Legierung

Eine weitere Eigenschaft von Metallen ist die Bildung von Legierungen. Das sind feste und homogene Metallgemische. Beispielsweise ist Bronze eine Legierung aus den Elementen Kupfer und Zinn. Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink. Neusilber ist eine Legierung aus Kupfer, Zink und Nickel. Und Weißgold ist eine Legierung aus Gold und Palladium. Legierungen bieten den großen Vorteil, dass man je nach Anteil der einzelnen Bestandteile die Eigenschaften der Endzusammensetzung sehr gut einstellen und somit verbessern kann.

Gewinnung von Metallen

Am häufigsten findet die Gewinnung von Metallen aus Erzen statt. Außerdem werden Metalle aus Recycling wiedergewonnen, was aber sehr schwierig ist und leider heutzutage in einigen Fällen noch nicht wirtschaftlich umgesetzt werden kann. Sowohl die Gewinnung aus Erzen als auch das Recycling von Metallen sind sehr energieintensiv.

Zusammenfassung der Metalle

  • Metalle sind eine wichtige Stoffgruppe. Die Mehrzahl aller Elemente im Periodensystem sind Metalle.
  • Die Atome von Metallen bilden in der Regel eine Gitteranordnung, wobei sich die Außenelektronen (Valenzelektronen) der Atome frei um alle Atomrümpfe im Gitter bewegen können. Dies führt zur für Metalle charakteristischen Metallbindung.
  • Alle Metalle haben vier wichtige Eigenschaften gemeinsam: metallischer Glanz, Verformbarkeit, gute Wärmeleitfähigkeit und gute elektrische Leitfähigkeit.

Auf dieser Seite findest du Übungen und Arbeitsblätter zu den Eigenschaften von Metallen. Beginne mit den Übungen, um gleich dein neues Wissen über die Metalle zu testen. Weißt du auch, wie du aus dem Periodensystem der Elemente ablesen kannst, ob es ein Metall oder ein Nichtmetall ist? Dazu kannst du dir das Video Metalle und Nichtmetalle ansehen. Ab der 9. Klasse wirst du die Metalle in edle und unedle Metalle einteilen und anhand der Redoxreihe der Metalle unterscheiden können. In der Oberstufe werden die Metalle in die elektrochemische Spannungsreihe der Metalle eingeordnet. Im Labor wirst du dann sogar Stoffgemische aus unterschiedlichen Metallen im Reagenzglas anhand der Fällungsreihe der Metalle trennen und das Vorhandensein einzelner Metalle nachweisen können.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Metalle

Welche Metalle sind magnetisch?
Welche Metalle gibt es?
Was sind Metalle?
Warum leiten Metalle Strom?
Welche Eigenschaften haben Metalle?
Was haben alle Metalle gemeinsam?
Welche Arten von Metallen gibt es?
Wo findet man Metalle?
Teste dein Wissen zum Thema Eigenschaften Metalle!

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Vorschaubild einer Übung
3 Kommentare
3 Kommentare
  1. 👍Super

    Von Dima Soliman, vor 2 Monaten
  2. Sehr Gut gemacht 👍🏻

    Von ❤️Cassie❤️Letty❤️, vor 3 Monaten
  3. Gut 👍 😊 😌

    Von Mario , vor 6 Monaten

Eigenschaften von Metallen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Eigenschaften von Metallen kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, bei welchen Bildern es sich um Metalle handelt.

    Tipps

    Es gibt vier richtige Antworten.

    Gold und Silber sind Beispiele für Metalle.

    Lösung

    Metalle bilden eine große Gruppe chemischer Elemente mit besonderen Eigenschaften, die auf ihre Metallbindung zurückzuführen sind:

    • Sie leiten sowohl Wärme als auch elektrischen Strom.
    • Zudem haben sie einen metallischen Glanz und sind verformbar.
    • Ein weiteres Merkmal ist ihre hohe Schmelztemperatur.

    Metalle machen rund 80 Prozent des Periodensystems der Elemente aus. Bekannte Metalle sind Kupfer, Aluminium und natürlich Gold und Silber.

  • Nenne die Eigenschaften der Metalle.

    Tipps

    Ein Begriff bleibt übrig.

    Alufolie besteht aus dem Leichtmetall Aluminium.

    Metalle sind sehr gute Leiter für Wärme sowie elektrischen Strom.

    Lösung

    Die Eigenschaften der Metalle sind aufgrund ihrer besonderen Metallbindung sehr spezifisch:

    • Metalle sind ausgezeichnete Wärmeleiter. Deshalb werden unter anderem Öfen, Heizkörper und Kochtöpfe aus Metall hergestellt.
    • Aber nicht nur Wärme, sondern auch elektrischer Strom wird hervorragend durch Metall geleitet. Daher bestehen Stromkabel in der Regel aus Kupferdrähten.
    • Metalle lassen sich außerdem sehr gut verformen, ohne zu brechen. Dank dieser Eigenschaft kannst du ganz leicht Aluminiumfolie um Lebensmittel wickeln.
    • Das Verformen funktioniert besonders gut, wenn man Metall erhitzt. Sie haben hohe Schmelztemperaturen.
    • Die auffälligste Eigenschaft ist der charakteristische metallische Glanz, der durch die Reflexion von Licht entsteht.

  • Beschreibe das Vorkommen von Metallen.

    Tipps

    Beispiele für Elemente sind Aluminium, Sauerstoff oder Eisen.

    Das Blut versorgt unseren Körper mit Sauerstoff.

    Lösung

    Die größten Vorkommen von Metallen finden sich in der Natur in Form von Mineralen und Erzen. Unter Erzen versteht man Mineralaggregate, aus denen Metalle gewonnen werden können.

    Metalle kommen im Inneren unserer Erde vor: Der Erdkern besteht zu einem Großteil aus Eisen, das im Übrigen das am häufigsten anzutreffende Element der Erde ist. In der Erdkruste befinden sich Metalle wie Aluminium, Magnesium und Natrium.

    Aber auch im menschlichen Körper befinden sich Metalle: In unserem Blut ist Eisen wichtig für den Transport von Sauerstoff.

  • Definiere die Fachbegriffe zur Einteilung der Metalle.

    Tipps

    Messing ist beispielsweise eine Legierung aus Kupfer und Zink.

    Ein typisches Leichtmetall ist Aluminium. Blei hingegen ist ein Schwermetall.

    Lösung

    Metalle machen rund 80 Prozent des Periodensystems der Elemente aus. Angesichts dieser Vielfalt an Metallen ist eine Einteilung sinnvoll:

    • Ein Leichtmetall hat eine Dichte von weniger als $5 \, \frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$. Ein typisches Beispiel hierfür ist Aluminium.
    • Ein Schwermetall hat eine Dichte von $5 \, \frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$ oder mehr als $5 \, \frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$. Blei ist ein bekannter Vertreter der Schwermetalle.
    • Ein unedles Metall reagiert leicht mit anderen Stoffen, insbesondere mit Sauerstoff. Eisen ist unedel. Das heißt, es hat eine starke Tendenz, mit dem Sauerstoff aus der Luft zu reagieren, was zu Rostbildung führt.
    • Ein edles Metall reagiert nicht oder nur sehr schwer mit anderen Stoffen. Reines Gold ist edel und wird unter anderem deshalb für Schmuck verwendet, weil es nicht vom Sauerstoff aus der Luft „angegriffen“ wird.

    Eine Legierung ist ein Stoffgemisch, bei dem ein oder auch mehrere Metalle Bestandteile sind. Messing ist beispielsweise eine Legierung aus Kupfer und Zink.

  • Entscheide, welches Metall jeweils verarbeitet wurde.

    Tipps

    Silber und Aluminium sehen sich ähnlich.

    Die Eincentmünze ist mit Kupfer überzogen.

    Teurer Schmuck besteht meist aus Gold oder Silber.

    Lösung

    Metalle sind eine umfangreiche Gruppe chemischer Elemente mit besonderen Eigenschaften, die auf ihre Metallbindung zurückzuführen sind. Sie machen rund 80 Prozent des Periodensystems der Elemente aus. Bekannte Metalle sind Kupfer, Aluminium und natürlich Gold und Silber:

    • Kupfer hat einen leicht rötlichen Glanz. Typische Gegenstände, für die Kupfer verarbeitet wird, sind die Eincent-, Zweicent- und Fünfcentmünzen sowie die Kupferbecher, die heutzutage besonders gern für Cocktails verwendet werden.
    • Aluminium ist ein Leichtmetall und äußerst gut verformbar. Die bekannte Alufolie macht sich diese Eigenschaft zunutze: Sie ist leicht, reißfest und schützt so zum Beispiel Lebensmittel.
    • Silber ist ein Edelmetall und wird gern für Schmuck verwendet. „Chemisch edel“ bedeutet, dass Silber an der Luft nicht mit Sauerstoff reagiert.
    • Das Edelmetall Gold ist sehr wertvoll, da sein Vorkommen auf der Erde stark begrenzt ist. Ein beträchtlicher Teil des Goldes wird – ähnlich wie Silber – für Schmuck genutzt. Aufgrund seines wunderschönen goldgelben Glanzes werden darüber hinaus auch Statuen und Skulpturen (zumindest teilweise) aus Gold gefertigt.

  • Vergleiche die Dichte der Metalle.

    Tipps

    Überlege, in welchen Gegenständen diese Metalle typischerweise verwendet werden. Zum Beispiel wird Aluminium im Flugzeugbau eingesetzt.

    Kennst du den Ausdruck „schwer wie Blei“?
    Nur ein Metall in dieser Liste hat eine noch höhere Dichte.

    Lösung

    Die Dichte ergibt sich aus Masse pro Volumen. Bei der Einteilung der Metalle sind fünf Gramm pro Kubikzentimeter die Grenze. Das heißt, bei einer Dichte unterhalb dieses Wertes handelt es sich um ein Leichtmetall, bei einer Dichte oberhalb oder gleich der fünf Gramm pro Kubikzentimeter handelt es sich um ein Schwermetall:

    • Das „leichteste“ Metall ist Aluminium mit einer Dichte von $2,\!7\, \frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$.
    • Kupfer hat eine deutlich höhere Dichte mit $8,\!9\, \frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$ und zählt deshalb bereits zu den Schwermetallen.
    • Danach folgt Silber, das eine Dichte von $10,\!5\, \frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$ vorweist.
    • Der bekannte Ausdruck „schwer wie Blei“ ist auf die relativ hohe Dichte von $11,\!3\, \frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$ zurückzuführen.
    • Absoluter Spitzenreiter der hier gelisteten Metalle ist Gold mit einer Dichte von $19,\!3\, \frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$.

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