Alles Leben ist Chemie – M wie Metall

Was sind Metalle?

Metalle sind eine Gruppe von chemischen Elementen, die in der Regel glänzend, fest sowie gut leitend für Wärme und Elektrizität sind. Sie haben eine hohe Dichte und sind in der Regel formbar. Metallatome sind in einer gitterartigen Struktur angeordnet (Metallgitter). Im Gegensatz zu Salzen (Ionengitter) sind bei Metallen nur die Atomkerne und die inneren Elektronen in einer gitterartigen Struktur angeordnet. Die äußeren Elektronen bilden eine frei bewegliche Elektronenwolke, die zwischen den Atomkernen hindurch schwirrt.

So wie bei den Salzen die Ionenbindungen das Gitter zusammenhält, sorgen auch bei Metallen sehr starke Kräfte für den Zusammenhalt des Gitters. Diese Kräfte wirken zwischen den positiv geladenen Atomkernen (Atomrümpfe) und der Elektronenwolke und werden Metallbindungen genannt.

Metalle spielen eine wichtige Rolle in vielen Bereichen des täglichen Lebens, von der Herstellung von Werkzeugen und Maschinen bis hin zur Elektronik und Schmuckherstellung. Chemisch gesehen bestehen Metalle aus positiv geladenen Atomkernen, den sogenannten Kationen, umgeben von frei beweglichen Elektronen. Diese Elektronen sind für die Leitfähigkeit von Metallen verantwortlich. Metalle reagieren oft mit Säuren, wobei Wasserstoffgas freigesetzt wird, und können auch mit Sauerstoff reagieren, was zu Korrosion führt. 

Es gibt viele verschiedene Metalle, darunter Eisen, Kupfer, Aluminium und Gold, von denen jedes seine eigenen einzigartigen chemischen Eigenschaften aufweist.
 

Wann hat der Mensch die Metalle für sich entdeckt?

Die Geschichte der Verwendung von Metallen durch den Menschen ist geprägt von Entdeckungen, Innovationen und technologischem Fortschritt. Metalle haben unsere Zivilisation maßgeblich geprägt und sind auch heute noch unverzichtbar für viele Aspekte unseres täglichen Lebens.


Abb.1.: Metall schmelzen und in Form bringen

Die Verwendung von Metallen durch den Menschen geht weit zurück:

1. Kupferzeit: Die Verwendung von Metallen begann vor etwa 10.000 Jahren in der sogenannten Kupferzeit. Die Menschen entdeckten, dass Kupfer in reiner Form in der Natur vorkommt und es durch Schmelzen und Gießen in verschiedene Formen gebracht werden kann. Kupfer wurde für Werkzeuge, Waffen und Schmuck verwendet und war ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der menschlichen Gesellschaft.
2. Bronzezeit: Etwa 3000 v. Chr. begann die Bronzezeit, in der die Menschen begannen, Bronze herzustellen. Bronze ist eine Legierung aus Kupfer und Zinn und war aufgrund seiner Härte und Haltbarkeit ideal für Werkzeuge, Waffen und Rüstungen. Die Verwendung von Bronze hatte einen großen Einfluss auf die Entwicklung von Kulturen und ermöglichte Fortschritte in der Landwirtschaft, im Handel und im Kriegswesen.
3. Eisenzeit: Die Eisenzeit begann etwa im 12. Jahrhundert v. Chr. und markierte einen weiteren wichtigen Meilenstein in der Geschichte der Metallverwendung. Eisen ist das häufigste Metall auf der Erde, aber es ist schwieriger zu gewinnen und zu verarbeiten als Kupfer oder Bronze. Die Entdeckung der Eisenverarbeitung ermöglichte den Bau von Werkzeugen, Waffen und Maschinen, die die menschliche Produktivität und Effizienz erheblich steigerten.
4. Industrielle Revolution: Die industrielle Revolution im 18. und 19. Jahrhundert brachte einen enormen Fortschritt in der Metallverarbeitung und -nutzung mit sich. Die Entwicklung von Dampfmaschinen und die Einführung von Kohle als Energiequelle ermöglichten die Massenproduktion von Eisen und Stahl. Dies führte zu einem enormen Wachstum der Industrie und der Infrastruktur, einschließlich Eisenbahnen, Brücken und Gebäuden.
5. Moderne Zeit: In der modernen Zeit hat die Verwendung von Metallen weiter zugenommen und sich auf eine Vielzahl von Anwendungen ausgedehnt. Metalle wie Aluminium, Titan und Edelstahl werden in der Luft- und Raumfahrt, im Bauwesen, in der Elektronik, in der Medizin und vielen anderen Branchen eingesetzt. 

 

Welche Einsatzzwecke haben Metalle in der modernen Gesellschaft?

Alltägliche Anwendungen

Metalle sind in vielen alltäglichen Gebrauchsgegenständen und Produkten enthalten. Von Besteck und Kochgeschirr über Elektronikgeräte wie Handys und Laptops bis hin zu Fahrzeugen und Gebäuden werden Metalle eingesetzt, um Festigkeit, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der Gegenstände zu steigern.
 

Medizinische Anwendungen

Metalle wie Titan und Edelstahl werden in der Medizintechnik für Implantate, Prothesen und medizinische Instrumente verwendet. Sie sind biokompatibel, langlebig und korrosionsbeständig und daher ideal für den Einsatz im menschlichen Körper.
 

Elektronik und Kommunikation

Leiterplatten, Mikrochips und Kabel bestehen aus Metallen wie Kupfer, Silber und Gold. Diese Metalle ermöglichen die Übertragung von elektrischem Strom und die Speicherung von Informationen. 
Energieerzeugung: Metalle werden für die Herstellung von Solarzellen, Windturbinen und Batterien benötigt. Kupfer und Aluminium etwa sind gute Leiter und ermöglichen die effiziente Umwandlung und Speicherung von Energie.
 

Infrastruktur und Bauwesen

Stahl ist ein Metalllegierung und wird für den Bau von Brücken, Gebäuden, Straßen und anderen Infrastrukturprojekten verwendet. Er ist langlebig und kann großen Belastungen standhalten. 
Transportwesen: Fahrzeuge wie Autos, Züge, Flugzeuge und Schiffe bestehen aus Metallen. Sie verleihen ihnen die notwendige Festigkeit und Stabilität, um den Anforderungen des Transports gerecht zu werden und große Entfernungen zu überbrücken.


Abb.2.: Bauteile aus Metall 
 

Welchen Platz  nehmen Metalle in der Industrie ein?

Metalle spielen eine entscheidende Rolle in der produzierenden Industrie und sind aus chemischer Sicht von großer Bedeutung. Sie sind nicht nur in zahlreichen Produkten enthalten, sondern dienen auch als wichtige Katalysatoren und ermöglichen chemische Reaktionen, die für die Herstellung vieler Materialien unerlässlich sind.

Warum sind Metalle in der produzierenden Industrie so wichtig? Das liegt in ihren einzigartigen chemischen Eigenschaften. Metalle sind in der Regel gute Leiter von Wärme und Elektrizität, was sie ideal für den Einsatz in elektronischen Geräten und Leitungen macht. Sie können in verschiedene Formen gebracht werden, was sie zu einem vielseitigen Material für die Herstellung von Produkten macht. Viele Metalle sind stabil und korrosionsbeständig, wodurch sie auch unter extremen Bedingungen ihre Eigenschaften behalten können. Dies ist besonders wichtig in Branchen wie der Automobil- und Luftfahrtindustrie, in denen die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Produkte von größter Bedeutung sind.

Metalle fungieren als Katalysatoren. Katalysatoren sind Substanzen, die chemische Reaktionen beschleunigen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Metalle wie Platin, Palladium und Rhodium sind bekannt für ihre katalytischen Eigenschaften und werden in vielen industriellen Prozessen eingesetzt. In der chemischen Industrie können sie zur Herstellung von Kunststoffen, Pharmazeutika und anderen chemischen Verbindungen eingesetzt werden.

Auch in der Umwelttechnik spiele Metalle eine wichtige Rolle, da sie in Abgasreinigungssystemen eingesetzt werden, um schädliche Emissionen zu reduzieren. Katalysatoren aus Metallen können giftige Gase wie Stickoxide in harmlosere Verbindungen umwandeln. Dies ist ein wichtiger Beitrag zur Reduzierung der Umweltverschmutzung und zum Schutz der Gesundheit der Menschen.
 

Wirtschaftliche Bedeutung

Neben ihrer chemischen Bedeutung haben Metalle auch wirtschaftliche Auswirkungen. Die produzierende Industrie ist ein wichtiger Wirtschaftszweig, der Arbeitsplätze schafft und zur wirtschaftlichen Entwicklung beiträgt. Da Metalle ein wesentlicher Bestandteil vieler Produkte sind, wäre die moderne Industrie undenkbar – die Bedürfnisse unserer heutigen Gesellschaft könnten nicht erfüllt werden. Daher ist es wichtig, die Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit von Metallen sicherzustellen, um die Zukunft der produzierenden Industrie zu gewährleisten.


www.donauchem.at

Weiterführende Quellen:
https://studyflix.de/chemie/metalle-und-nichtmetalle-5038 Stand 03.07.2023