Chemie begreifen, Schulbuch

Für besonders Interessierte Das Wichtigste D5 62 Ein Metallgitter ist ein riesiges Stoffteilchen aus Kationen mit einer stabilen Elektronen- hülle und frei beweglichen Elektronen. Diese leiten den elektrischen Strom und halten das Gitter durch die Metallbindung zusammen: Die Elektronen überlagern sich infolge ihrer Welleneigeschaften und verhindern aufgrund ihrer negativen Ladung die gegenseitige Abstoßung der Kationen. Die Formel für ein Metallelement bzw. sein Metallgitter ist das Atomsymbol, das den kleinsten neutralen Ausschnitt eines Metallgitters beschreibt: ein Kation zusammen mit seinen abgetrennten, beweglichen Elektronen. Metallgitter von Metallelementen weisen eine besonders hohe Symmetrie auf, weil sie aus einer einzigen Atomsorte aufgebaut sind. Wenn man eine Sorte von Kugeln möglichst nahe und gleichmäßig anordnet, so gibt es 2 Möglichkeiten: die hexagonal dichteste Kugelpackung (a) und die kubisch dichteste Kugelpackung (b). Der Unterschied entsteht dadurch, dass entweder die 3. Kugelschicht direkt über der 1. zu liegen kommt (a) oder erst die 4. (b). Die hohe Symme- trie und gleichmäßige Ladungsverteilung im Metallgitter machen alle Metallelemente – im Gegensatz zu den spröden Salzen – weich. Der Einbau einer zweiten Sorte von Metallatomen im Metallgitter führt zu härteren Legierungen, weil das Gleiten der Gitterebenen bei Verformungen erschwert wird. a) hexagonal dichteste Packung 1. 1. Kugelschichten 2. 2. 3. 3. (wie 1.) 4. (wie 1.) b) kubisch dichteste Packung c) raumzentrierte Packung Das am meisten verwendete Metall ist Eisen, mit einer weltweiten Jahresproduktion von ca. 500 Millionen Tonnen. Das Herstellungsverfahren hat sich seit seiner Entdeckung vor etwa 4000 Jahren nicht prinzipiell geändert. Als Ausgangsmaterial werden Eisenerze – verunreinigte ionische Verbindungen – verwendet. Durch Reaktion mit elementarem Kohlenstoff (aus Steinkohlenkoks) bildet sich verunreinigtes Eisen. Die Sauerstoffatome der Atmosphäre holen sich später die den Eisen-Ionen aufgezwungenen Elektronen. Dadurch wandelt sich das Metallgitter wieder langsam in ein Ionengitter um, oder anders ausgedrückt: Das Eisen rostet. Jährlich entsteht dadurch weltweit ein Schaden im Ausmaß von ungefähr 100 Milliarden Euro, weil ca. 1 % des weltweit vorhandenen Eisens auf diese Weise verloren geht. Eisengewinnung in Ägypten Hochofenanlage der VOEST Linz Am Minuspol, durch Glühen mit Kohlenstoff oder andere Verfahren entstehen aus ionischen Verbindungen Metallelemente. Kationen werden durch frei bewegliche Elektronen zu Metallgittern zusammen- geschlossen. Diese stammen aus dem Minuspol, von C-Atomen oder anderen Elektronenquellen. Nur zu Prüfzwecken – Eigent m des Verlags öbv