Metalle, Metallgewinnung, usw.
| Kategorie: | Chemie |
|---|---|
| Eingesendet: | 19.06.2010 |
| Wörter: | 13659 |
| Autor: | Moonlight12 |
| Dokument melden: |
Metalle, Metallgewinnung, usw.
Chemie Spezialgebiet:METALLE
Inhaltsverzeichnis:
1. Charakteristische Merkmale und Eigenschaften von Metallen
2. Unterschiedliche Eigenschaften der Metalle
3. Korrosion
4. Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle
5. Gewinnung von Metallen
Inhalt:
1. Charakteristische Merkmale und Eigenschaften von Metallen
Die Gruppe der Metalle besitzt eine Reihe von gemeinsamen physikalischen und chemischen Eigenschaften, die es erlauben sie zu einer Einheit zusammenzufassen.
Der metallische Glanz
Das optisch deutlichste Kennzeichen von Metallen ist der charakteristische metallische Glanz. Metalle sind für sichtbares Licht undurchlässig. An glatten polierten Oberflächen erfolgt eine starke Reflexion, die für den Glanz verantwortlich ist. (Aber: nicht alle Stoffe, die metallischen Glanz zeigen, sind auch Metalle, z.B. Pyrit). In feinteiliger Form sehen alle Metalle schwarz aus.
Elektrische Leitfähigkeit
Metalle besitzen eine gute Leitfähigkeit für den elektrischen Strom, die mit steigender Temperatur erniedrigt wird. Die Leitung des Stroms erfolgt dabei ohne gleichzeitigen Transport von Materie (Elektronenleiter), deshalb werden Metalle als Leiter 1.Klasse bezeichnet. Über zwanzig Metalle und eine Reihe von Legierungen zeigen das Phänomen der Supraleitung. Unterhalb einer Temperatur von 10 K sinkt bei ihnen der elektrische Widerstand auf Null.
Wärmeleitfähigkeit
Verbunden mit der guten elektrischen Leitfähigkeit zeigen die Metalle eine gute Wärmeleitfähigkeit.
Verformbarkeit
Metalle besitzen eine hohe plastische, über eine elastische Formänderung hinausgehende Verformbarkeit, sie sind duktil, d.h. sie sind unter Gewalteinfluss von außen verformbar, schmiedbar, dehnbar, hämmerbar, walzbar etc.
Schmelztemperaturen
Bei Raumtemperatur sind alle Metalle Feststoffe, mit Ausnahme des Quecksilbers. Im Durchschnitt weisen die Metalle einen höheren Schmelzpunkt als die nichtmetallischen Elemente auf.
Löslichkeit
Metalle sind unlöslich in Wasser, Säuren, Basen oder organischen Lösungsmitteln. Metalle kann man nur auflösen (denn bei einer Lösung muss der gelöste Stoff beim Entfernen des Lösungsmittels unverändert sein, Metalle hingegen reagieren mit z.B. Säuren – Metall wird oxidiert und Säure reduziert !!).
Legierungen
Metalle sind in der Lage, Legierungen (lat. ligare = binden) zu bilden. Unter einer Legierung versteht man ein Gemisch von Metallen untereinander, das man durch Schmelzen verschiedener Einzelmetalle und anschließendes Abkühlen erhält. In untergeordnetem Maße können auch Nichtmetalle in Legierungen eingebaut werden.
Kationenbildung
Metalle sind stark elektropositiv und bilden bei chemischen Reaktionen ausschließlich Kationen.
Bildung freier Elektronen
Durch zuführen von Energie können aus Metallen freie Elektronen abgespalten werden:
durch Anlegen einer hohen Spannung können Elektronen aus dem Metall austreten
durch Belichten mit Licht geeigneter Wellenlängen können Elektronen freigesetzt werden
durch Zufuhr genügend großer Wärmemengen können Elektronen abgelöst werden
2. Unterschiedliche Eigenschaften der Metalle
Die im nächsten Abschnitt vorgestellten allgemeinen Eigenschaften sind bei den einzelnen Metallen mehr oder weniger stark ausgeprägt. Innerhalb der Metallgruppe bestehen deutliche Unterschiede in den individuellen Eigenschaften.
Leicht- und Schwermetalle
Leichtmetalle und Schwermetalle unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Dichte. Zu den Leichtmetallen gehören die Metalle, deren Dichte im Bereich zwischen 0,5 und 5g/cm3 liegt. Schwermetalle besitzen eine Dichte von = 6 – 22g/cm3(Eisen 7,9g/cm3). Lithium ist mit einer Dichte von = 0,53g/cm3 das spezifisch leichteste Metall. Die höchste Dichte besitzt Osmium mit = 22,5.
Härte
Metalle zeigen eine unterschiedliche Härte. Die Härte der einzelnen Metalle bei Raumtemperatur wird nach der MOHS – Härte bestimmt (Friedrich Mohs 1773 - 1839, Mineraloge, Prof. in Graz und Wien).
Elektrische Leitfähigkeit
Die elektrische Leitfähigkeit differiert stark bei den einzelnen Metallen. Die besten elektrischen Leiter sind Silber, Kupfer, Gold und Aluminium.
Schmelztemperaturen
Die Schmelztemperaturen der einzelnen Metalle variieren über einen sehr weiten Bereich. Quecksilber bei – 38,9°C, Wolfram bei 3410°C. Den Bereich zwischen den beiden Extremen nehmen die restlichen Metalle ein. Die Angaben von Schmelztemperaturen in der Literatur haben häufig unterschiedliche Werte, da schon die kleinste Verunreinigung den Wert verfälscht.
Ferromagnetismus
Nur die Metalle Eisen, Cobalt, Nickel und Gadolinium sind ferromagnetisch.
Duktilität
Die Metalle besitzen eine unterschiedliche Duktilität. Manche sind sehr gut verform- und bearbeitbar (Gold, Silber etc.) andere sind ausgesprochen spröde.
Unterschiedliches Verhalten gegenüber Säuren
Es gibt Metalle, die bereits durch Wasser oxolysiert (aufgelöst) werden, andere wiederum sind sogar gegen starke Säuren beständig. Entsprechend ihrem Reaktionsverhalten werden die Metalle, die mit den Protonen der Säuren reagieren, als unedel, die beständigen als edel bezeichnet.
3. Korrosion
Unter Korrosion (lat. corrodere = zernagen) versteht man den Vorgang, durch den die Materie aus einem Zwangszustand, in den sie der Mensch gebracht hat, in ihren Ausgangszustand zurückkehrt. Für die Metalle bedeutet das, dass sie durch die Einflüsse ihrer Umgebung oxidiert, in Metallverbindungen umgewandelt und dadurch als Werkstoffe zerstört werden. Der volkswirtschaftliche Schaden durch Korrosion ist enorm und wird allein in Österreich auf 2 – 3 Mrd. € geschätzt.
Chemische Korrosion
Findet bei den Korrosionsvorgängen eine Reaktion des Metalls mit Gasen wie Luftsauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff etc. statt, spricht man von chemischer Korrosion.
Die gebildete Schicht aus Metall – Gasverbindung (in den meisten Fällen handelt es sich um Metalloxide) auf dem Metall entscheidet mit ihren Eigenschaften über das Fortschreiten des Korrosionsprozesses. Sie kann entweder sehr dicht und kompakt sein und fest auf dem Metall haften, so dass sie eine weitere Metall – Gasreaktion ausschließt. Das Metall wird durch die gebildete Oxidschicht geschützt.
Die gebildete Oxidschicht kann aber auch sehr locker, porös und für weiteres Gas durchlässig sein, so dass die Korrosion bis in die Tiefe eindringen kann.
Elektrochemische Korrosion
Die Mehrzahl der Korrosionsvorgänge finden unter Beteiligung von wässrigen Lösungen statt. Es dominieren dann elektrochemische Vorgänge. Zwischen Stellen unterschiedlicher Zusammensetzung (Lokalelemente) treten schwache Ströme auf, wobei zwei elektrochemische Teilschritte unter Beteiligung eines Elektrolyten gleichzeitig ablaufen, ein kathodischer und ein anodischer. Die wichtigsten Kathodenreaktionen sind die Reduktionen von gelöstem Sauerstoff (O2) zu Hydroxidionen oder von Hydroniumionen (H3O+) zu elementarem Wasserstoff.
2H3O+ + 2 e- H2 + 2H2O E0 = 0V
O2 + 2 H2O + 4 e- 4OH- E0 = + 0,4V
Welcher der beiden Vorgänge vorherrscht, hängt von den Redoxpotentialen der beteiligten Metalle und der Art des Elektrolyten ab. Die für die Kathodenreaktionen benötigten Elektronen liefern die vorhandenen Metalle entsprechend ihrer Stellung in der elektrochemischen Spanungsreihe durch anodische Prozesse, für die allgemein formuliert gilt:
Me Men+ + ne-
Zur Bildung von Lokalelementen kann es aus unterschiedlichen Gründen kommen:
Zusammentreffen verschiedener Metalle durch Schrauben, Nieten...
Metallische Überzüge auf einem Grundmetall
Fremdmetalle mit Metallgitter
Konzentrationsunterschiede im Elektrolyten
Beispiel 1: verzinktes Eisenblech ist an der Oberfläche verletzt und mit Wasser bedeckt
Elektrolyt
Zink - Pol
Eisen + Pol
Das edlere Eisen nimmt an der elektrochemischen Reaktion nicht teil. Der Überzug eines relativ unedleren Metalls auf einem edleren Metall schützt bei Beschädigung das darunterliegende Metall, da nur der unedlere Überzug oxidiert wird.
Beispiel 2: ein verzinntes Eisenblech sei an seiner Oberfläche verletzt und von Wasser bedeckt
Elektrolyt
Zinn + Pol
Eisen - Pol
In diesem Fall ist Eisen der unedlere Partner und wird deshalb oxidiert.
Der Schutz vor Korrosion ist bei der Verzinnung von Eisenblechen nur gegeben, wenn die Oberfläche durchgehend verzinnt ist. Eine Beschädigung des Überzugs führt zur elektrochemischen Korrosion.
Verallgemeinert kann man sagen, dass beim Kontakt von unedleren mit edleren Metallen eine Lokalelementenbildung möglich ist, die zur Korrosion des unedleren Metalls führt. Salzhaltige Lösungen als Elektrolyte fördern die elektrochemische Korrosion, da durch den Salzgehalt (z.B. Meerwasser) der Ladungstransport innerhalb der Lösung erleichtert wird.
Erscheinungsformen der Korrosion
Korrosion kann in verschiedenen Erscheinungsformen auftreten. Verschiedene Erscheinungsformen:
ebenmäßig Findet parallel zur Oberfläche des Metalls statt (Flächenkorrosion), ist leicht erkennbar und kontrollierbar
Lochfraß Eine Verletzung einer z.B. Schutzschicht führt zum Lochfraß, einem tiefen Eindringen der Korrosion in das Metall.
interkristallin Verläuft entlang der Korngrenzen der Kristallite. Es entstehen haarfeine Risse, zur Herabsetzung der Stabilität führen.
4. Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle
Metalle
Halbmetalle
Nichtmetalle
Kristallstruktur
hochsymmetrisch, hohe Koordinationszahlen
geringe Symmetrie, mittlere Koordinationszahlen
niedrige Koordinationszahlen
Spezifische Leitfähigkeit (S cm-1)
105 – 103
10-2 – 10-4
Anmerkung des Einsenders: die bilder fehlen leider
Diskussion
Dein Kommentar
Was hältst du von dem Dokument Metalle, Metallgewinnung, usw.? Sag uns eines Meinung!
wo steht denn da etwas über Metallgewinnung? Ich brauche das DRINGEND für die
Schule! Kann mir jmd. Helfen?
hey habe oben im inhaltsverzeichnis gelesen:5. Gewinnung von Metallen
das ist genau dass was ich brauche konnte es aber nicht auffinden
Hallo
Ich finde den text sehr gut,aber ich habe eine frage: Kann mir einer sagen,was
billige Reduktionsmittel sind? Ich muss nämlich Metallgewinnung mit billigen
Reduktionsmittelln recherchieren.
Wäre echt lieb