Eigenschaften von Metallen
- Typische Eigenschaft von Metallen ist die hohe elektrische Leitfähigkeit (Bereich 6.3×105OOhm-1(Silber) bis 7.07×103Ohm-1cm-1(Pu)).
- Eine weitere Eigenschaft von Metallen ist die Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit: Mit steigender Temperatur nimmt die Leitfähigkeit von Metallen ab (Ohmsches Verhalten), während die von Nichtmetallen und Halbleitern zunimmt.
- Optisches Verhalten “metallische Glanz”: Typisch für Metalle sind die hohe Reflektivität und Lichtundurchlässigkeit auch bei dünnen Metallschichten. Grund dafür sind die hohe Energiedichte in den besetzten und unbesetzten Bändern und die Überlappung von Leitungs- und Valenzband.
- Metalle sind auch -wie oben bereits erwähnt- in dünnen Schichten lichtundurchlässig: Durch Lichtabsorption angeregte Elektronen kehren unter Photonenabgabe sehr schnell wieder in den Grundzustand zurück. Deshalb wird das eingestrahlte Licht an einer Metalloberfläche fast vollständig reflektiert.
- Metalle sind wärmeleitfähig, da die leicht bewegliche Elektronen (Elektronengas im Metallgitter) Wärme in Form von kinetischer Energie durch ein Metallgitter weiter transportieren (Wiedemann-Franzsches Gesetz)
- Chemisch betrachtet bilden Metalle typischerweise Ionenverbindungen, in denen das Element als i.d.R. als Kation vorliegt und daher positive Oxidationsstufen annimmt.
Erklärung einer besonderen Eigenschaft von Metallen
- Metalle sind duktil (verformbar), d.h. sie sind nicht spröde wie z.B. Salze: Nach der Elektronengas-Hypothese verbinden sich Metallatome so, dass sich positiv geladene Metall-Atomrümpfe auf relativ festgelegten Positionen in einer Art Gitter (Metallgitter) befinden, während die Valenzelektronen der beteiligten Metallatome in einer Art Wolke (“Elektronengas”) im Metallgitter zwischen den Metall-Atomrümpfen relativ frei beweglich aufhalten und das Metall dadurch zusammenhalten (positive und negative Teilchen ziehen sich an).
- Wenn in einem Ionengitter einzelne Schichten gegeneinander verschoben werden, kommt es zur Aneinanderlagerung gleich-geladener Ladungsträger (Anion + Anion und Kation + Kation). Da sich gleich-geladene Ladungsträger immer voneinander abstoßen, zerbricht das Ionenkristallgitter (daher sind Salze im Gegensatz zu Metallen spröde!). Beim Metall hingegen gleiten die Atomrümpfe aneinander vorbei und werden weiterhin von den delokalisierten Elektronen aneinander gebunden, so dass sich zwei gleich-geladene Teilchen niemals aneinander lagern und dadurch abstoßen.
Eigenschaften von Metallen – Testfragen/-aufgaben
1. Nenne zwei physikalische Eigenschaften von Metallen.
Leitfähigkeit und Verformbarkeit sind zwei wichtige physikalische Eigenschaften von Metallen.
2. Warum sind Metalle gute elektrische Leiter?
Metalle sind gute elektrische Leiter, weil sie freie Elektronen besitzen, die sich frei bewegen und den Strom leiten können.
3. Was ist die spezifische Wärme?
Die spezifische Wärme ist die Menge an Wärme, die benötigt wird, um die Temperatur eines Gramms eines Stoffes um ein Grad Celsius zu erhöhen. Dies ist eine Eigenschaft, die bei Metallen zu beachten ist.
4. Beschreibe die Korrosionsbeständigkeit von Metallen.
Einige Metalle, wie Gold und Platin, sind sehr korrosionsbeständig, was bedeutet, dass sie nicht leicht oxidieren oder rosten.
5. Was versteht man unter den magnetischen Eigenschaften von Metallen?
Einige Metalle – wie Eisen, Nickel und Kobalt – haben die Eigenschaft, Magnetfelder anzuziehen oder selbst ein Magnetfeld zu erzeugen. Dies wird als magnetische Eigenschaft bezeichnet.
6. Was ist die Dichte und wie variiert sie bei verschiedenen Metallen?
Die Dichte ist die Masse pro Volumeneinheit eines Materials. Sie variiert bei verschiedenen Metallen, zum Beispiel hat Blei eine höhere Dichte als Aluminium.
7. Nenne drei chemische Eigenschaften von Metallen.
Reaktionsfähigkeit, Oxidationszustände, und die Fähigkeit zur Bildung von Ionen sind drei wichtige chemische Eigenschaften von Metallen.
8. Was ist der Unterschied zwischen Guss- und Schmiedeeisen?
Gusseisen ist spröder und geht leichter zu Bruch, während Schmiedeeisen eine höhere Zugfestigkeit hat und widerstandsfähiger ist.
9. Warum sind Metalle oft verzinkt?
Metalle werden oft verzinkt, um sie vor Korrosion zu schützen. Dabei wird eine Schicht Zink aufgetragen, das anstelle des Metalls oxidiert.
10. Welche Eigenschaft macht Diamant und Graphit zu Allotropen von Kohlenstoff?
Obwohl beide aus Kohlenstoff bestehen, zeigen Diamant und Graphit unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufgrund ihrer unterschiedlichen Atomanordnung. Diamant hat eine räumliche, Graphit eine schichtartige Anordnung der Atome.
