Big Bang HTL 2, Schulbuch

6bp3kb 134 Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) Metalle 10 Verfügbare Werkstoffe für Waffen, Werkzeuge und Bauwerke haben die Entwicklung der Menschheit entscheidend mitge- prägt. Die bessere Waffe, die stabileren Gebäude entschieden oft über das Schicksal von Völkern. Nicht ohne Grund teilen die Geschichtsschreiber diese nach Materialien ein: von der Stein- über die Bronze- bis zur Eisenzeit. Auch heute noch sind Metal- le wie das Eisen von großer Bedeutung, obwohl wir längst in der „Kunststoffzeit“ angekommen sind. Wir brauchen Kupfer z. B. für elektrische Kabel und Eisen als Stahl z. B. im Stahlbeton. Diese und viele andere Metalle spielen heute eine große Rolle. Das Wissen um die Eigenschaften und die Herstellung der wichtigsten Metalle hilft uns, diese in Beruf und Alltag richtig ein- zusetzen und zu behandeln. 10.1 Von Stein zum Metall Eigenschaften und Gewinnung Metalle sind eigentlich eine menschliche „Erfindung“, die Natur verwendet fast nur andere Materialien. Was diese Werkstoffe so besonders macht, und wie der Mensch ge- lernt hat, diese aus den Stoffen der Natur herzustellen, beschäftigt uns im ersten Abschnitt dieses Kapitels. Schon im Kapitel 5 Chemische Bindung haben wir die wich- tigsten Eigenschaften der Metalle kennen gelernt, die sich durchwegs durch die metallische Bindung erklären lassen. Sie sind gut verformbar (= duktil), es ist also recht einfach daraus eine winzige Schraube, einen Teil einer Autokarosse- rie herzustellen oder gar ganze Brücken damit zu bauen. Aus demselben Grund lässt sich die verbeulte Autotür auch wieder ausklopfen, eine gebrochene Kunststoffstoßstange muss nach einem Unfall aber ausgetauscht werden. Metalle sind außerdem undurchsichtig und glänzend , was sie gestalterisch egal ob bei Schmuckgegenständen, Gebäu- defassaden und vielem mehr sehr interessant macht. Sie sind Leiter 1. Klasse , leiten also den elektrischen Strom im festen Zustand, und sind deshalb in der Elektronik unver- zichtbar. Stromkabel, Leiterbahnen, Kondensatoren, überall werden Stoffe mit guter Leitfähigkeit benötigt. Metalle sind auch gute Wärmeleiter , weshalb wir z. B. Heiz- körper für die Zentralheizung daraus herstellen, damit die Wärme des heißen Wassers möglichst gut an die Raumluft abgegeben wird. Die unterschiedlichen – aber doch meist relativ hohen Schmelzpunkte – ermöglichen uns, daraus Verbrennungs- maschinen zu bauen oder mit Hilfe des flüssigen Zinns Flachglas herzustellen (siehe Kapitel 9). Metalle sind aus fast keinem Bereich der Technik wegzudenken, warum eigentlich? Welche Eigenschaf- ten machen sie als Werkstoff so besonders? Von der goldenen Grabbeigabe bis zur Aludose – nenne möglichst viele Verwendungen für Metalle in der Geschichte der Menschheit! In der Natur sind Metalle als Element sehr selten. Aus welchen Stoffen und mit welchen Methoden können sie hergestellt werden? F1 F2 F3 Alle diese Eigenschaften lassen sich gut durch die metalli- sche Bindung mit Kationengitter und beweglichem „Elekt- ronengas“ erklären. Jedes Metall hat aber auch Eigenschaften, die es von ande- ren Metallen unterscheidet. Diese unterschiedlichen Eigen- schaften nutzt man für die Einteilung der Metalle in die verschiedensten Gruppen, wie z. B. –– Leichtmetalle (Dichte unter 5g/cm 3 ) –– Schwermetalle (Dichte über 5g/cm 3 ) –– Edelmetalle (schwer oxidierbar) –– Unedle Metalle (leicht oxidierbar) ( F1 ) Eine Eigenschaft, die ihre historische Verwendung entschei- dend beeinflusst hat, ist die Oxidierbarkeit . Nur sehr wenige Metalle kommen in der Natur als reines Metall vor. Es sind dies nur die Edelmetalle wie Gold oder Silber, die man als sogenannte Nuggets finden konnte oder auch heute noch aus dem Flusssand waschen kann. Deshalb waren diese Edelmetalle die ersten von Menschen verwendeten Metalle. Dieses Vorkommen als Metall nennt man auch „ gediegen “. Alle anderen Metalle kommen in der Natur in Form von Ver- bindungen, den Salzen, vor. Gesteine sind natürliche Gemi- sche dieser Salze. Die unterschiedlichsten Metalle kommen in schwankender Konzentration darin vor. Gesteine werden dann als Erz bezeichnet, wenn sie so viel Metall enthalten, dass es wirtschaftlich ist, dieses abzubau- en und daraus das Metall herzustellen. Erze sind meist keine Reinstoffe, sondern Gemische aus ver- schiedenen Salzen. Die reinen Salze, selten auch Elemente oder Moleküle, werden als Mineralien bezeichnet. Wenn sie langsam auskristallisieren, können schöne große Strukturen entstehen, die von Sammlern geschätzt werden. Abb. 10.1: Darstellung der metallischen Bindung mit Kationengitter und Elektronengas Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv