30 Tage kostenlos testen:
Mehr Spaß am Lernen.

Überzeugen Sie sich von der Qualität unserer Inhalte.

Metallbindung – Einführung 10:02 min

Textversion des Videos

Transkript Metallbindung – Einführung

Guten Tag und herzlich willkommen! In diesem Video geht es um die Metallbindung. Als Vorkenntnisse solltet ihr Wissen über Atom, Atombau und Oktettregel mitbringen. Mein Ziel ist es, euch eine kurze einführende Übersicht über Metalle und Legierungen zu liefern. Den Film habe ich in 5 Abschnitte unterteilt. 1. Metalle und ihre Eigenschaften 2. Metallbindung 3. Metalle im Periodensystem 4. Legierungen 5. Es ist nicht alles Gold, was glänzt   1. Metalle und ihre Eigenschaften Ich habe hier einige chemische Elemente, die von euch bestimmt jeder kennt. Zum einen Kupfer und hier Blei. Beide chemischen Elemente sind bereits seit dem Altertum bekannt. Dieses chemische Element, das Aluminium, das euch auch wohl bekannt sein dürfte, kennt man allerdings erst seit der Neuzeit. Ich brauche euch nicht erst zu sagen, dass es sich hierbei um Metalle handelt, das seht ihr sofort. Woran wohl? Alle 3 Stoffe zeichnen sich durch Metallglanz und Biegsamkeit aus. Außerdem sind sie gute Wärmeleiter und elektrische Leiter. 2. Metallbindung Ich habe hier einen 3,5-kg-Barren Blei. Und so sieht er aus, wenn ich ihn etwas vergrößere. Es ist wohlgemerkt, ein einziges Stück. Ohne Werkzeug kann ich keine Teile daraus machen. Es handelt sich sage und schreibe, um ein Riesenmolekül. Versuchen wir die richtige Frage zu stellen. Welche Kräfte halten dieses Teilchen zusammen? Da wir bei Teilchen sind, möchte ich versuchen, es euch mit einem Teilchenmodell zu erklären. Der Bleiblock besteht aus vielen, vielen, einzelnen Bleiatomen. Obwohl es viel ist, was ich zeichne, ist es nur ein kleiner Ausschnitt dessen, was in Wirklichkeit vorliegt. Alle besitzen eine positiv elektrische Ladung. Das bedeutet, dass Elektronen von jedem einzelnen Atom losgelöst sind. Ich habe hier den Ausschnitt aus der Struktur des Riesenmoleküls des gesamten Stückes Blei gezeichnet. Wir sprechen bei dieser Struktur von einem Metallgitter. Zwischen diesen positiv geladenen Teilchen bewegen sich viele Elektronen mit hoher Geschwindigkeit. Die positiven Teilchen, die eigentlich Ionen darstellen, werden als Atomrumpf bezeichnet. Die roten Pünktchen sind die frei beweglichen Elektronen. Diese bewegen sich mit sehr großer Geschwindigkeit um die Atomrümpfe herum und halten diese zusammen, sodass ein Gitter bestehen bleiben kann. Die Anziehungskräfte, die zwischen Atomen durch delokalisierte Valenzelektronen zustande kommen, bezeichnet man als Metallbindung. Oder als metallische Bindung. Für diese naturwissenschaftliche Situation gibt es aus unserem täglichen Leben keine Entsprechung. Der Zusammenhalt, der vielen Atome kommt durch eine Energie zusammen, die es in der klassischen Physik nicht gibt. Es ist die sogenannte Austauschenergie. Nehmen wir an, wir haben nur 2 dieser metallischen Atomrümpfe und in jedem dieser Atomrümpfe befindet sich jeweils 1 Elektron. Die Elektronen bezeichne ich mit 1 und 2. Das wäre die Situation 1. Situation 2 sieht so aus, dass sie genau der Situation 1 gleich ist, nur die Elektronen 1 und 2 sind vertauscht. Aus dieser Situation wird eine Energie gewonnen, die man als Austauschenergie bezeichnet. Sie führt zum Zusammenhalt der Atome. 3. Metalle im Periodensystem Die schematische Darstellung des Periodensystems der Elemente, solltet ihr bereits aus den vorherigen Videos kennen. Im gelben Bereich befinden sich die s Elemente. Sie haben s Elemente in der äußeren Schale. Im Helllilafarbenden Bereich befinden sich die p Elemente. Im Karminfarbenden Bereich haben wir die d Elemente. Und im hellbraunen Bereich die f Elemente. S Elemente und d Elemente sind stets Metalle. Auch bei den f Elementen handelt es sich ausschließlich um Metalle. Bei den p Elementen befinden sich sowohl Metalle wie nicht Metalle. Die Metalle befinden sich bei den p Elementen links und unten, die Nichtmetalle findet man rechts und oben. Wir wollen uns die p Elemente nun etwas genauer anschauen. Es sind die Elemente der Hauptgruppen III-VIII. Auf gelben Hintergrund sind die s Elemente angeordnet, links die Hauptgruppen I und II. Ganz oben links befindet sich das chemische Element Wasserstoff. Rechts oben befindet sich das chemische Element Helium. Während Wasserstoff das einzige Nichtmetall der I. Hauptgruppe ist, ist Cäsium unten das letzte stabile Teil dieser Gruppe. Bei den P-Orbitalen treffen wir oben, von links nach rechts, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor und Neon. Unterhalb des Grundstoffs befindet sich Silizium, ein Halbmetall. Darunter Germanium, Germanium ist auch ein Halbmetall, obwohl es manchmal zu den Metallen gezählt wird. Darunter kommt Zinn und anschließend Blei. Neben dem Silizium ist links Aluminium, ein typisches Metall. Schauen wir noch welche d Elemente links neben den p Elementen liegen. Es sind Zink, Kadmium und Quecksilber. Die Elemente der 2. Nebengruppe. Wir prägen uns ein: In den Hauptgruppen des PSE wächst der Metallcharakter von rechts nach links. Außerdem wächst der Metallcharakter in den Hauptgruppen von oben nach unten. 4. Legierungen Nehmen wir die eingangs vorgestellten Metalle Blei, Kupfer und Aluminium. Man kann sich nun vorstellen, dass man 2 oder sogar 3 von diesen Metallen zusammenschmelzen und wieder erstarren lassen kann. Dadurch gelingt es in einigen Fällen, sogenannte Mischkristalle zu erhalten. Man spricht dann auch von Legierungen. Ein anderer Name hierfür ist intermetallische Phasen. Um Missverständnisse vorzubeugen, 2 Bemerkungen. Bei Mischkristallen handelt es sich um homogene Systeme, immer. Das bedeutet nicht, dass verschiedene Kristalle zusammengeschüttet sind. 2. Ob es sich bei Legierungen um chemische Verbindungen handelt, ist ausschließlich Ansichtssache des Betrachters. Manche Wissenschaftler sagen ja, andere Nein. Warum setzt man sich der Arbeit aus, überhaupt erst Legierungen herzustellen? Wenn man aus Metallen, Legierungen produziert, so führt das zur Veränderung der Kristallstruktur. Dann ändern sich auch die Eigenschaften der Legierungen im Vergleich zu den Metallen. So besitzen Legierungen häufig eine höhere Härte und eine höhere Korrosionsbeständigkeit als die reinen Metalle. Legierungen des Eisens werden als Stahl bezeichnet. Eines der wichtigsten und populärsten Stähle ist der sogenannte V4A-Stahl. V4A-Stahl enthält Chrom, Nickel und Molemden. Bronze kennt man seit der Bronzezeit. Sie besteht aus den Metallen Kupfer und Zinn. Die wichtige Gebrauchslegierung Messing ist aus den Metallen Kupfer und Zink zusammengesetzt. Weniger populär, aber genauso wichtig, ist Neusilber. Es besteht aus Kupfer, Nickel und Zink. 5. Es ist nicht alles Gold, was glänzt Das hier ist eine 1-Euro Münze. Ihr Rand sieht goldgelb aus, ist es Gold? Leider nein, es ist eine Legierung. Sie besteht aus 75 Prozent Kupfer, 20 Prozent Zink und 5 Prozent Nickel. Der Ring fasst einen silbernen Kern ein. Besteht dieser aus Silber? Auch hier trügt der Schein. Die Legierung setzt sich aus 75 Prozent Kupfer und 25 Prozent Nickel zusammen. So passiert es also, wenn man Zink durch Nickel ersetzt, man am Ende aus Gold Silber erhält. Bei mir sind innen und außen vertauscht. Wer bist du denn? Ich bin die 2 Euro Münze. Aha. Metalle spielen in der Zahnmedizin nach wie vor eine herausragende Rolle. Metalle werden für konservierende Zwecke und für Zahnersatz verwendet. Wichtig ist bei Zahnersatz, dass der Speichel keine giftigen Ionen bilden kann. Kommen dafür alle Edelmetalle infrage? Leider bleibt als einziger brauchbarer Kandidat nur Gold übrig. Wegen seiner Weichheit muss Gold legiert werden. Womit man wieder am Ausgangspunkt angelangt ist. Die Legierungsmetalle für Gold sind Platin, Palladium, Silber und Kupfer. Das sogenannte Spargold enthält weniger Goldanteil, dafür aber mehr Palladium. Für konservierende Zwecke wird heute nach wie vor Silberamalgam gebraucht. Ein Amalgam ist eine Quecksilberlegierung, da es sich um Silberamalgam handelt, ist folglich auch Quecksilber enthalten. Außerdem befindet sich im Amalgam noch ein wenig Zinn, Zink und, oder Kupfer. Leider können die im Amalgam befindlichen Metalle, durch den Speichel, herausgelöst werden. Die entstehenden Ionen können zu chronischen Erkrankungen führen. Dazu zählen Allergien, Migräneanfälle und Leberschäden. Gute Alternativen liefern Keramiken, diese müssen aber häufig noch aus eigener Tasche bezahlt werden. Mit diesen, wenig erfreulichen Aussichten, möchte ich mich von euch verabschieden. Alles Gute, auf Wiedersehen.

10 Kommentare
  1. Ick hab da vastanden. Dit is scheen.

    Von André Otto, vor mehr als 2 Jahren
  2. Ich meinte Video :)

    Von Sofia C., vor mehr als 2 Jahren
  3. Super Vide ;)

    Von Sofia C., vor mehr als 2 Jahren
  4. Liebe Juliane Viola,
    alles nicht so wild. Ich habe nur dieses Problem einmal angesprochen, weil es schon lange Beschwerden gab. Die Kenntnisse über die Browser hatte ich auch nicht.
    Ich will nun mal nicht mäkeln; aber Vista ist bekanntlich ein schwächerer Vertreter der Windows - Betriebssysteme.
    Ich wünsche weiterhin ungestörte Videovergnügen!
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 4 Jahren
  5. Opera funktioniert auch (internationales Opera herunterladen, und danach installieren).

    Von Juliane Viola D., vor mehr als 4 Jahren
  1. Hallo, Redaktion, hallo, Hr. Otto,

    hatte eben die neueste Version von Firefox (mit Windows Explorer 9 hatte ich seit Herbst gar keinen Empfang mehr, und ein höherer geht bei Vista nicht). Habe mir jetzt Google Chrome (extra für Sofatutor) heruntergeladen, und endlich habe auch ich den Stress und Ärger nicht mehr beim Anschauen.
    Ist echt nervig, wenn dauernd die Compabilität gestört wird, heutzutage muss man sogar reich sein, um zuverlässig alles zu empfangen: sich dauernd die neuesten Programme kaufen, auch wenn sie nicht besser sondern schlechter sind.

    Google Chrome funktioniert, bitte evtl. weitersagen oder ne Technik-Email einrichten oder einen Hinweis schreiben. War für mich nicht ersichtlich, dass es meinen Browser betrifft, da nicht jeder Film betroffen war, und beim ersten Mal auch jemand anders dasselbe Problem hatte. Entschuldigung, Hr. Otto (und die anderen Autoren).

    Von Juliane Viola D., vor mehr als 4 Jahren
  2. Tonprobleme tauchen bei einer bestimmten Version des firefox auf. Daran kann sofatutor.com leider nichts ändern. Es sollte sich aber beheben lassen, wenn die Version des firefox aktualisiert wird.

    Von Bianca Blankschein, vor mehr als 4 Jahren
  3. Ich denke, dass man die berechtigten Beschwerden der Nutzer endlich mal sinnvoll kanalisieren muss, damit sie direkt bei Redaktion/(Produktion)/Technik ankommen.
    Im Einzelfall mag das noch angehen. Da Beschwerden aber in letzter Zeit gehäuft auftreten, stiehlt eine höfliche Reaktion darauf einem Tutor eine Menge Zeit.
    Viele Grüße
    André

    Von André Otto, vor mehr als 4 Jahren
  4. Ich bin Tutor. Mein Einfluss auf die Technik ist NULL.
    A. O.

    Von André Otto, vor mehr als 4 Jahren
  5. Ton springt bei 57Sek. zu einem späteren Teil

    Von Juliane Viola D., vor mehr als 4 Jahren
Mehr Kommentare

Metallbindung – Einführung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Metallbindung – Einführung kannst du es wiederholen und üben.

  • Nenne typische metallische Eigenschaften.

    Tipps

    In Thermometern befindet sich das flüssige Metall Quecksilber.

    Es gibt ein Metall, das auf Benzin schwimmt. Füllt man mit einem anderen Metall eine Schultasche, so vermag kein Mensch der Welt, diese anzuheben.

    Manche Metalle werden in Spitzen von Bohrern eingesetzt, andere kann man mit dem Messer schneiden.

    In der Metallindustrie werden Metalle gepresst und gewalzt.

    Kochtöpfe sind aus Metall, weil so die Wärme gut übertragen wird.

    Lösung

    Viele Metalle sind fest. Aber nicht alle. In Thermometern wird zum Beispiel manchmal flüssiges Quecksilber verwendet. Aber auch sonst gibt es Unterschiede bei den Eigenschaften der Metalle. Gold ist sehr schwer, Lithium ist leichter als Wasser. Chrom ist sehr hart, Natrium lässt sich mit dem Messer schneiden. Einige Eigenschaften haben allerdings alle Metalle gemeinsam:

    • Metalle sind biegbar.
    • Metallstücke, vor allem polierte, glänzen schön.
    • Metalle leiten den elektrischen Strom.
    • Metalle sind gut erwärmbar.
  • Beschreibe die Metallbindung durch geeignete Begriffe.

    Tipps

    Elektronen sind klein. Sie wechseln ständig den Ort.

    Ein Atomrumpf besteht aus vielen Ionen.

    Im Metall sind sehr viele Atome zu einem Molekül vereinigt.

    Bei der Metallbindung ziehen sich die einzelnen Atome an.

    Lösung

    Die Seele des Metalls

    Sie sausen rum in zig Millionen,
    ich spreche von den Elektronen.
    Ganz reglos fast gleich einem Stumpf,
    so ruhet des Atomes Rumpf.
    Ein Stück Metall fühlt an sich kühl,
    das tut das Riesenmolekül.
    Der Baum sprießt durch des Lebens Säfte,
    Metallbindung mit feschem Schwung
    macht nutzbar sich Anziehungskräfte.

    André Otto

  • Nenne die Merkmale einer Legierung.

    Tipps

    Messing als typische Legierung aus Kupfer und Zinn.

    Metalle können Stoffgemische bilden.

    Erinnere dich an die Begriffe homogen und heterogen.

    Überlege, warum es sinnvoll ist, Legierungen herzustellen.

    Lösung

    Legierungen sind homogene Gemische aus Metallen. Legierungen finden in Industrie und Technik viele Anwendungen. Eine Legierung weist dabei nicht nur einfach den Durchschnitt der Eigenschaften der Legierungsmetalle auf, sondern verbessert die Eigenschaften.

    Allerdings bilden nicht alle Metallkombinationen sinnvolle Legierungen. Aus Kupfer uns Silber gibt es zum Beispiel keine Legierung.

    Gusseisen enthält Kohlenstoff, es können also auch Nichtmetalle enthalten sein.

  • Beschreibe die Zusammensetzung folgender Legierungen.

    Tipps

    Eselsbrücke: Man sagt statt Messing „Messink“.

    Vanadiumstahl ist ein Spezialstahl. Er wird auch so genannt.

    Im Neusilber sind die Bestandteile des Messings und eines zusätzlichen Metalls.

    Lösung

    Messing enthält das rotes Metall Kupfer und Zink. Das Neusilber enthält zusätzlich ein weiteres Metall, dessen Namen eine Münze in den USA trägt, nämlich Nickel. Reines Gold ist als Konstruktionsmittel zu weich und daher gibt es Gold nur als Geldanlage. Beim V4A-Stahl wollten wir bluffen. Das V in der Bezeichnung hat nichts mit dem Element Vanadium zu tun und bezeichnet ganz allgemein nichtrostenden Stahl.

  • Bestimme die Stellung des Metalls im PSE.

    Tipps

    Erinnere dich an die Stellung der s-, p-, d- und f-Elemente im Periodensystem der Elemente.

    Man kann sich von links nach rechts und dann von oben nach unten orientieren.

    In den Hauptgruppen stehen s- und p-Elemente.

    Lösung

    Die Bezeichnung der Metalle wird durch die Orbitale bestimmt, in denen sich die Außenelektronen der Metalle befinden. Grundsätzlich haben alle Elemente in einer Hauptgruppe die gleiche Anzahl an Außenelektronen. Daher lassen sich die Blöcke im Periodensystem gut zusammenfassen.

    Die s-Elemente stehen in den ersten Hauptgruppen, die p-Elemente in den höheren Hauptgruppen. Die d- und f-Elemente sind Nebengruppenelemente.

  • Bestimme den Metallcharakter folgender Elemente anhand der Stellung im PSE.

    Tipps

    In den Perioden nimmt der Metallcharakter von links nach rechts ab.

    In den Hauptgruppen nimmt der Metallcharakter von oben nach unten zu.

    Lösung

    Im Periodensystem findest du in der ersten Hauptgruppe die Alkalimetalle und in der zweiten Hauptgruppe die Erdalkalimetalle. In den Hauptgruppen 3 bis 6 findest du Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle. Grundsätzlich kannst du dir merken, dass der Metallcharakter der Elemente von oben nach unten zunimmt und von links nach rechts abnimmt. Wenn du also die Position der Elemente im Periodensystem vergleichst, kannst du auch abschätzen, welches Element metallischer ist. Silicium steht zum Beispiel rechts in der gleichen Periode neben Aluminium. Daran erkennst du, dass der Metallcharakter schwächer ist.

    Das metallischste Metall

    Si, Al, Mg, Na,
    sind samt und sonders sich sehr nah.
    In Reih und Glied wie nach Methode,
    sind Nachbarn sie in der Periode.
    Die Regel hier für diesen Fall:
    Von rechts nach links
    wird Nichtmetall mehr zum Metall.
    Und zu dem Schluss gelangt man hier:
    Si ist klar die Nummer Vier.
    Na dagegen, klarer Fall,
    wird zum metallischsten Metall.
    Und schließlich K tummelt sich munter
    in Gruppe I, auch wie Na,
    und zwar direkt darunter.
    Und abwärts nun,
    wies in der Regel steht,
    die Eigenschaft streng weiter zum Metalle geht.
    Als Resümee folgt noch der Abschlusssatz,
    das K gelangt, noch vor Na,
    auf den begehrten Spitzenplatz.

    André Otto