Lassen Sie uns sie vorstellen... Metalle!
Vor etwa 12 000 Jahren fand ein Mensch einen unbekannten Stein, der in Feuer ohne Aufspaltung schmolz. Dieser Stein war ein Stück Kupfer. Das war wahrscheinlich der wichtigste Tag in der Menschheitsgeschichte, und so begann die Metall Ära der Menschheit, die bis zum heutigen Tage fort. Metalle geben uns überall um, aber wissen wir, was sie eigentlich sind und warum sie ihre bemerkenswerten Eigenschaften haben?
{Graela: Fire Assay/ CC BY-NC-SA 2.0}
##”Wir müssen tiefer gehen…”
In Chemie gibt es eine goldene Regel: der Ursprung einer Eigenschaft eines Objekts ist tief in seiner Struktur. Metalle beweisen diese Regel: ihre Struktur ist ziemlich ungewöhnlich. Wenn Metallatome feste Körper bilden, sind sie positiv geladen (nennen wir diese Atome Ionen) und werden von den negativen Außenschalen-Elektronen, die zwischen Ionen frei fließen, zusammen “aufgeklebt”. Diese Elektronen sind keinem bestimmten Atom mehr zugeordnet, sondern gehören dem Gesamtkristall und sind darin praktisch frei beweglich. Um das noch besser zu visualisieren, stellen Sie sich “elektronisches Gas” vor. Das System von positiven Ionen mit freien Elektronen dazwischen nennt man metallische Bindung.
{ARTE: Metallische Bindung Modell/ CC0}
Diese kurze Animation veranschaulicht das perfekt:
Eine solche Struktur erklärt viele Eigenschaften von Metallen. Werfen wir also einen Blick auf einige von ihnen.
##Der Glanz
Metalle sind wunderschön, vor allem wegen ihrem metallischen Glanz, und deshalb werden sie in Herstellung von Schmuck verwendet. Das “elektronische Gas”, oben erwähnt, kann ihren Glanz erklären. Frei bewegliche Elektronen reflektieren fallendes Licht nahezu vollständig, und wir nehmen diese Reflexion als metallischer Glanz wahr. Wenn Sie also nächstes Mal ein schönes Schmuckstück sehen, wissen Sie nun, warum es glänzt.
{Serendipity Diamonds: Golden rings/ CC BY-ND 2.0}
Bemerkenswertes Material
{Barry: Forging/ CC BY-NC-SA 2.0}
Die meisten Metalle sind sehr dehnbar. Stellen Sie sich vor: man kann einen Goldklumpen in eine 0,003 mm Folie rollen. Dies ist möglich, weil während der Deformation freie Elektronen sich auch bewegen ohne Bindungen zu brechen. Obwohl die Bindungen sich bewegen, kann man sie wegen der hohen Bindungsenergie nicht einfach brechen. Hochenergie erklärt sowohl die Festigkeit von Metallen als auch ihre hohe Schmelz- und Siedepunkte.
{(Deformation von Metallen)}
Wegen Dehnbarkeit und Festigkeit sind Metalle ein ausgezeichnetes Material zum Schmieden – sie sind formbar. Allerdings werden Metalle bei niedrigen Temperaturen einigermaßen spröde.
##Lassen Sie Strom nach Hause liefern!
Es ist bekannt, dass die Drähte aus Metall sind, weil Metalle elektrischen Strom leiten. Ihre Leitfähigkeit kann man mit Metall-Bindung Theorie erklären. Wie wir schon wissen, Metalle haben mobile freie Elektronen. Unter dem Einfluss sogar einer kleinen Potentialdifferenz können sie sich leicht vom negativen zum positiven Pol bewegen und somit Strom erzeugen.
{arbyreed: Multi-line telephone cables/ CC BY-NC-SA 2.0}
##Sind Metalle Magneten?
Jeder weiß, dass Magnete Metallobjekte anziehen können. Allerdings, nicht alle. Zum Beispiel wird es keine magnetische Attraktion zum Natrium geben. Die meisten Metallkörper, die wir im Alltag benutzen, sind aus Eisen, das ferromagnetisch ist. Das heißt, dass unterhalb einer bestimmten Temperatur, die viel höher als Raumtemperatur ist, Eisen einen magnetischen Moment in Abwesenheit von einem externen Magneten hat. Der magnetische Moment ist der Grund für die Attraktion. Magnetische Eigenschaften von Eisen werden in vielen Bereichen eingesetzt.
{Sarnil Prasad: Fridge magnets/ CC BY 2.0}
##Immer für Sie da
Metalle dominieren im Periodensystem: 94 von 118 Elemente je entdeckt sind Metalle. Sogar unser Körper besteht mindestens um 3% aus Metallen. (Keine Sorge: Metalldetektoren im Flughafen lösen sich nicht aus, wenn Sie vorbeigehen!) Jedes Jahr konsumieren Menschen mehr als 1.5 Milliarden Tonnen Metall. Wir benutzen Metalle jeden Tag und können uns unser Leben ohne sie nicht vorstellen. Wegen ihren bemerkenswerten Eigenschaften sind Metalle unersetzlich.
Siehe auch
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