Big Bang HTL 2, Schulbuch

Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) 135 Metalle 10 Die erste Erzverhüttung, wie der Vorgang der Metallherstel- lung auch genannt wird, gelang mit dem Kupfer vor etwa 9000 Jahren. Der wohl interessanteste „Promi“ dieser soge- nannten Kupfersteinzeit ist die Eismumie „Ötzi“, die vor eini- gen Jahren von Urlaubern im Gletscher der Ötztaler Alpen gefunden wurde. Er trug ein Beil aus Eibenholz mit einer Klinge aus fast reinem Kupfer bei sich, das er zum Fällen von Bäumen aber auch als Waffen einsetzen konnte. Das relativ weiche Kupfer wurde um 2500 v. Chr. von der Bronze abgelöst. Dabei handelt es sich um verschiedene Kupferlegierungen, wobei jene mit Zinn die größte Bedeu- tung hat. Die Bronze war vor allem in ihrer Härte dem Kup- fer deutlich überlegen. Etwa 800 v. Chr. gelang erstmals die Herstellung von Eisen , das sich vor allem im Waffen- und Baubereich bald als das wichtigste Metall durchsetzte. Durch die Verwendung von Holzkohle bei der Eisenverarbeitung entstanden zufällig die ersten kohlenstoffhältigen Eisenlegierungen . Diese sehr harten Eisenlegierungen, die heute Stähle genannt werden, kamen zuerst vor allem als Schwertklingen zum Einsatz. Seit damals und bis heute ist Stahl einer der wichtigsten Werkstoffe überhaupt. Erst im 19. Jahrhundert kam ein wei- teres Metall hinzu, das Aluminium. Es konnte erstmals 1827 hergestellt werden und wird seit Ende des 19. Jahrhunderts technisch in großen Mengen gewonnen. ( F2 ) Die Herstellung der Metalle aus den Erzen ist zwar für jedes Metall verschieden, es gibt aber Verfahrensschritte, die im- mer wiederkehren: 1. Erzabbau: Zuerst muss das Erz über oder unter Tage ab- gebaut und von taubem, also nicht verwertbarem, Ge- stein befreit werden. Dafür muss das Erz zuerst gebro- chen und oft ganz fein gemahlen werden. Dann nutzt man unterschiedliche Eigenschaften der Gesteine, wie Abb. 10.2: Allgemeines Prozessschema einer Metallherstellung Abb. 10.3: Rekonstruiertes Kupferbeil der Eismu- mie „Ötzi“ ihre Löslichkeit oder ihre Affinität zu Wasser (hydrophil oder hydrophob), um Verunreinigungen zu entfernen. 2. Umwandlung in Oxide: Die möglichst sauberen Erze müssen dann, wenn es sich nicht schon um solche han- delt, in die Oxide umgewandelt werden. Bei Carbonate n geschieht dies durch Brennen , also einfaches Erhitzen, wobei Kohlendioxid abgespalten wird. Diesen Vorgang des Brennens eines Carbonates haben wir schon bei der Kalkherstellung kennen gelernt. Sulfidische Erze hinge- gen werden unter Zutritt von viel Sauerstoff, zumeist aus der Luft, erhitzt und bilden dabei die Oxide und Schwefel- dioxid. Dieser Vorgang wird Rösten genannt und das da- bei frei werdende giftige Schwefeldioxid kann für die Ge- winnung von Schwefelsäure eingesetzt werden. Die Reaktionsgleichungen zu diesen Prozessen sehen am Beispiel Eisen folgendermaßen aus: FeCO 3 ® FeO + CO 2 4FeS 2 + 11O 2 ® 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 3. Reduktion: Das ist der Schlüsselschritt jeder Metallher- stellung: die Aufnahme von Elektronen , um vom Metall- kation zum neutralen Atom zu werden. Dafür sind Elekt- ronenspender, also Reduktionsmittel , notwendig. Wichtige Reduktionsmittel sind Kohlenstoff, Kohlenmo- noxid, unedle Metalle, Wasserstoff oder die Elektronen selbst, also elektrischer Strom. 4. Reinigung und Verfeinerung: Durch Entfernen uner- wünschter Stoffe, das Hinzumischen von Legierungs­ elementen und durch thermische und mechanische Bearbeitung erlangen die Metalle ihre endgültigen Eigenschaften. Wichtig ist hier die Art und Anordnung der Kristalle im Metall, das sogenannte Gefüge . Zusammenfassung Die meisten Metalle werden durch Reduktion aus ihren Erzen gewonnen. Das im Salz positiv geladene Metallkation muss dafür Elektronen aufnehmen. Je edler das Metall, desto einfacher ist diese Herstellung in der Regel. Deshalb wurden in der Menschheitsgeschichte edle Metalle schon sehr früh verwendet, unedle Metalle wie das Aluminium kennen wir erst seit etwa 150 Jahren. Info: Ohne Metalle kein Handy Z Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv