Bestimmt kennst du einige Arten von Metallen. Kein Wunder, schließlich begegnen sie uns bei vielen alltäglichen Gelegenheiten. Manchmal denken wir gar nicht mehr darüber nach, dass manche Materialien metallisch sind. Eine weitere Sache wissen viele allerdings auch nicht: Metalle werden zu den chemischen Elementen gezählt. Deshalb haben sie einen festen Platz im Periodensystem. Aber was macht diese Stoffe genau aus? Und wo kann man sie auf der Periodentafel finden? Welche chemischen Reaktionen sind mit ihnen überhaupt möglich? Im Folgenden kannst du Wissenswertes über Metalle nachlesen.
Metalle und ihre Eigenschaften
Was macht ein Metall eigentlich aus? Auf diese Frage gibt es mehrere Antworten. Je nach metallischem Element sind die charakteristischen Merkmale mehr oder weniger stark ausgeprägt.
[quads id=1]Wenn du ein Metall für längere Zeit festhältst, fällt dir sicher etwas auf: Das Metall fühlt sich nach einer Weile warm an. Dafür gibt es einen guten Grund, denn Metalle sind sehr leitfähig. Das heißt, sie transportieren sowohl Wärme als auch elektrischen Strom. Abgesehen davon lassen sie sich in ihrer Struktur leicht verformen. Das kannst du sogar selbst ausprobieren, indem du ein Stück Kupferdraht verbiegst. Besonders feste Metalle wie Eisen werden hingegen maschinell bearbeitet. Üblicherweise fallen metallische Stoffe durch eine glatte, lichtreflektierende Oberfläche auf.
Hinweis: Nicht jedes Metall weist einen festen Zustand auf. Stoffe wie Quecksilber sind metallisch, kommen aber in flüssiger Form vor. Gasförmige Metalle gibt es allerdings nicht.
Von Gold bis Quecksilber – Metalle in der Chemie
Ein Blick aufs Periodensystem zeigt dir, in welchen Gruppen und Perioden sich die Metalle befinden. Dabei wird zwischen Metallen und Halbmetallen unterschieden.
Mit Metallen beschäftigt sich übrigens die anorganische Chemie. Das Gegenstück zur Gruppe der Metalle bilden alle nicht metallischen Stoffe. Des Weiteren gibt es Halbmetalle. Ihre Eigenschaften befinden sich zwischen Metallen und Nichtmetallen: Sie weisen zwar eine feste Struktur auf, können aber keine Elektrizität weiterleiten und sehen auch nicht wie klassische Metalle aus. Chemische Materialien wie Silicium oder Arsen werden in die Kategorie der Halbmetalle eingeordnet.
Im Periodensystem findest du die Metalle zum Einen auf der linken Seite, andererseits wirken die Stoffe Bor und Astat wie eine Abgrenzung: Sie ‘klammern’ die Metallgruppe ein. Auf der Periodentafel machen die metallischen Stoffe ungefähr 80 Prozent aller aufgeführten Elemente aus.
Im Übrigen ist neben den drei oben aufgelisteten Metallgruppen noch die Sparte der Alkalimetalle bekannt. Sie reagieren sehr leicht mit anderen Chemikalien, in ihrer äußersten Atomschale befindet sich nur ein negatives Elektron. Darüber hinaus werden Metalle wie Gold, (Queck-)Silber, Platin oder Palladium als Edelmetalle bezeichnet. Solche Elemente verfügen über besondere Merkmale, daher der Name. Äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit überstehen sie in der Regel unbeschadet. Edelmetalle lassen sich in manchen Säuren auflösen oder unter großer Hitzeeinwirkung verformen. Vor allem in der Schmuckindustrie sind sie ein unverzichtbarer Bestandteil.
[quads id=2]Gibt es auch radioaktive Metalle?
Tatsächlich sind metallische Stoffe mit radioaktiver Wirkung geläufig. Zum Beispiel gehört Radium in diese Kategorie. Unter Anderem besitzt Polonium eine besonders hohe radioaktive Strahlkraft, Uran zählt wiederum zu den Schwermetallen. In dem Zusammenhang gibt es eine Faustregel: Die metallischen Elemente, welche im Periodensystem ab der Ordnungszahl 84 aufgezählt werden, gelten als radioaktiv.
Chemische Reaktionen mit Metallen
Metalle spielen bei manchen chemischen Prozessen eine wichtige Rolle. Wenn ein Metall mit Sauerstoff reagiert, spricht man von einer Oxidation. Dazu kannst du den folgenden Versuch ausprobieren: Du nimmst ein Stück Eisen und lässt es für mehrere Tage draußen im Regen liegen. Nach einer gewissen Zeitspanne setzt das Eisen allmählich Rost an, es korrodiert. Bei der Rostbildung werden zwei Eisenelektronen an den Sauerstoff abgegeben. In der Chemie wird dafür der Begriff ‘Redox-Reaktion’ verwendet. Das Ergebnis sind unterschiedliche Eisenoxide. Ihre chemische Formel lautet FeO, beziehungsweise Fe3O4 oder Fe2O3.
Eisen + Sauerstoff -> Rostbildung
Fe + O -> FeO (allg. Reaktionsgleichung für die Eisenoxidation)
Nicht nur auf diese Weise kann Metall rosten. Die folgende Variante kommt ebenfalls vor: Man nimmt etwas Eisenwolle und zündet sie an. Beim Brennen absorbiert das Eisen den Sauerstoff aus der Raumluft. Dadurch wird eine Oxidation verursacht. Auf den Versuch lässt sich wieder die oben genannte Formel anwenden.
Hinweis: Nicht jedes Metall kann oxidieren. Elemente wie Gold, Silber oder Platin sind in der Hinsicht nicht reaktionsfähig. Sauerstoff- und Wassereinflüsse fügen ihnen keinen Schaden zu. Dieses Merkmal findest du bei allen Edelmetallen wieder.
Neben der Oxidation ist eine weitere Reaktionsform möglich: Trifft ein Metall auf eine Säure, so führt dies zur Bildung von Salzen. Darum müssen bei solchen Reaktionen immer ein metallischer und ein nicht metallischer Stoff vorhanden sein. Zumeist gehören die nicht metallischen Elemente den Halogenen an.
Die vereinfachte Reaktionsformel heißt:
Metallischer Stoff + nicht metallischer Stoff -> Salz
[quads id=3]Reagiert das Alkalimetall Natrium mit Chlor, so entsteht aus der Verbindung der Stoff ‘Natriumchlorid’. Chlor ist übrigens ein salzbildendes Halogen. Bei dem Versuch entsteht wieder eine Redox-Reaktion: Das metallische Natrium verliert Elektronen an den Stoff Chlor.
Na + Cl -> NaCl (kurgefasste Formel)
2Na + Cl² -> 2NaCl (vollständige Formel)
Sonderfall Legierung:
Die Legierung ist ein oft künstlich erzeugter Reaktionsvorgang. Zu diesem Zweck werden zwei oder mehrere Stoffe miteinander ‘vermengt’, um ein neues Metall herzustellen. Mindestens eines der Grundelemente muss metallisch sein. Meistens wendet man dafür Hitze an, um die Elemente einzuschmelzen. Zu den bekanntesten Legierungen gehört Bronze. Sie wird gewonnen, indem man Kupfer mit mindestens einem weiteren Metall legiert.