EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-5: Modellbildung und Strukturen 59 59 Gitterstrukturen – Legierungen – Vorkommen – Gewinnung Abb. 059–2: Häufigkeit der Metalle in der Erdkruste in Massenprozent Metallgitterstrukturen In einem Metallkristall positionieren sich die Metall-Atome meist nach drei ver- schiedenen einfachen geometrischen Anordnungen = Metallgitter. Zwei dieser Anordnungen sind „dichteste Packungen“, dh. eine Anordnung von Kugeln mit der höchst möglichen Raumerfüllung. Die beiden dichtesten Packungen gehen von sogenannten hexagonal dichtes- ten Schichten aus. Dabei kommt die 2. Schicht in den Eintiefungen der 1. Schicht zu liegen. Ist nun die 3. Schicht lagemäßig mit der 1. ident, so spricht man von der hexagonal dichtesten Packung. Ist erst die 4. Schicht mit der 1. Schicht la- gemäßig ident, erhält man die Anordnung der kubisch dichtesten (flächenzen- trierten) Packung. Der dritte Typ ist die kubisch raumzentrierte Gitterstruktur. Diese Gitterform weist eine etwas geringere Dichte auf als die beiden erstgenannten. Legierungen Legierungen sind Verbindungen von zwei oder mehreren Metallen (Abb. 58–4). Je nach den Größenverhältnissen der Metallatome bilden sich mehr oder weniger regelmäßige Strukturen. Es gibt üblicherweise auch keine Formel für Legierun- gen. Man gibt den Prozentgehalt der jeweiligen Metalle an. (Siehe Info-Kasten) Vorkommen der Metalle Betrachtet man die Häufigkeit der Metalle in der festen Erdrinde, so fällt auf, dass die Menschen nicht die häufigsten Metalle, sondern als Erstes das extrem seltene Gold entdeckten. Der Grund ist natürlich, dass das edle Gold in der Natur bereits im metallischen Zustand vorliegt. Für fast alle anderen Metalle mussten erst chemische Verfahren entwickelt werden, um sie aus den Verbindungen in den metallischen Zustand zu überführen. Dies ist umso schwieriger, je unedler ein Metall ist. Daher war das erste wichtige Werkzeugmetall Bronze, eine Le- gierung aus den relativ edlen Metallen Kupfer und Zinn. Erst viel später wurden Verfahren zur Erzeugung des viel häufigeren Eisens entwickelt. Das sehr uned- le Aluminium, das häufigste Metall in der festen Erdrinde, kann erst seit etwa 150 Jahren hergestellt werden. Edel und unedel Mit diesen Begriffen charakterisiert man das Reaktionsverhalten der Metalle. „Edel“ bedeutet, dass das Metall nicht leicht reagiert (vergleiche dazu: Edel- gase). Sehr edle Metalle wie zB Gold kommen in der Natur als Metall vor, man nennt das gediegenes Vorkommen . Diese Metalle reagieren auch nicht mit Luft und Wasser und sind daher begehrte Schmuckobjekte. Unedle Metalle sind reaktionsfreudig und kommen in der Natur nur in Form von Verbindungen vor. Mineralien, deren Metallgehalt (als Element oder Verbindung) so hoch ist, dass sich die Gewinnung wirtschaftlich lohnt, nennt man Erze . Bei den Erzen vari- iert der Metallgehalt natürlich sehr stark. Die relativ häufigen Eisenerze müssen 40 % und mehr Eisen enthalten, um abbauwürdig zu sein. Abbauwürdige Gold- oder Platinerze enthalten oft nur Spuren der wertvollen Metalle. Metallgewinnung aus Erzen Bei der Erzförderung im Bergbau erhält man neben dem Erz immer taubes Ge- stein , das man Gangart nennt. Es muss im ersten Schritt abgetrennt werden. Ein Großteil der Erze gehört nur zu drei Verbindungsklassen: Sulfide, Carbonate, Oxide. Sulfide und Carbonate werden meist im ersten Verfahrensschritt in Oxi- de umgewandelt. Der zweite Schritt der Metallgewinnung ist die Reaktion des Metalloxids zu Metall. Dazu werden Stoffe benötigt, die mit dem Sauerstoff des oxidischen Erzes reagieren. Billige Reduktionsmittel (= Stoffe, die mit dem Sau- erstoff reagieren) sind Kohle, Koks oder Kohlenstoffmonoxid (Abb. 61–2). Sehr unedle Metalle wie zB das Aluminium lassen sich nur durch Elektrolyse von Salzschmelzen gewinnen. Al (32 %) Fe (20 %) Ca (14 %) Na (11 %) K (10 %) Mg (8 %) Ti (2 %) Rest Abb. 059–1: Die Metallgittertypen Kubisch raumzentriert Kubisch flächenzentriert Hexagonal Schüler-Experiment 2.7 Überblick – chemische Bindung Euro- und Cent-Münzen 1-Cent bis 5-Cent Münzen: Eisen mit Kupferummantelung (94,35 % Fe, 5,65 % Cu) 10-Cent bis 50-Cent Münzen: Nordisches Gold (89 % Cu, 5 % Al, 5 % Zn, 1 % Sn) 1 und 2 Euro Münzen (Ring und Kern): Nickel-Messing „gold“ (75 % Cu, 20 % Zn, 5 % Ni) Kupfer-Nickel „silber“ (75 % Cu, 25 % Ni) VS Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv