Eigenschaften

Die Eigenschaften der Edelmetalle

Durch die vielen Eigenschaften und ihre unbegrenzte Haltbarkeit finden Edelmetalle bei der Herstellung von Satelliten und in der Hochtechnologie ihre perfekte Verwendung.

Gefragt ist Edelmetall aber selbstverständlich auch bei der Schmuckproduktion, an der Börse (als Wertanlage) oder als begehrtes Sammelobjekt (Münzen). Seit Jahrtausenden, werden diese Metalle von den Menschen hoch geschätzt. Jeder dieser edlen Stoffe besitzt besondere Eigenschaften, die ihn für den Menschen so begehrenswert machen.

Flüssiges Edelmetall

Flüssigmetall ist die Bezeichnung für Metalle im flüssigen Aggregatzustand oder eine Produktbezeichnung für leitfähige Klebstoffe und Wärmeleitpasten. Es gibt weltweit nur ein metallisches Element, welches schon bei Raumtemperaturen von 20 Grad flüssig ist, und zwar handelt es sich hierbei um Quecksilber. Mitunter spricht man auch davon, das Francium, Cäsium und Gallium zu den Flüssigmetallen gehören, ihre Schmelztemperaturen liegen zwischen 27 und 30 Grad.

Im Technischen Bereich zählen alle Metalle, die im flüssigen Zustand verarbeitet werden zu den Flüssigmetallen, diese haben ihren Schmelzpunkt meist unter 350 Grad Celsius. Derzeit befinden sich allerdings zahlreiche Produkte im Handel, welche als Flüssigmetall bezeichnet werden. Dies sind meistens Dispersionen für Keramik oder Metall, dessen Eigenschaften, nach dem Aushärten, denen des Edelmetalls ähnlich sind. Aber auch Farben mit besonders hoher Deckkraft werden zum täuschend echten veredeln von Gegenständen genutzt und somit auch als "Flüssiges Edelmetall" bezeichnet.
Aber auch aus der Tube gibt es dieses Element schon, angewendet werden diese Flüssigmetalle zum Beispiel, zur Beseitigung von feinen Oberflächenfehlern oder von minimalen Defekten in allen Legierungen und Gussarten.

Flüssigmetall als Werkstoff

Flüssigmetalle also ein neuartiger Werkstoff um Hochleistungslegierungen herzustellen. Bei Experimenten in den 50 ziger Jahren wurde festgestellt das diese stärker als Titan aber spröde wie Glas sind. Legierungen derart sind elastisch und kehren auch nach extremen Belastungen in den Originalzustand zurück. Der Schmelzpunkt der Flüssigmetalle liegt vergleichsweise niedrig und kann daher relativ einfach und mit großer Genauigkeit in Form gebracht werden. Da Flüssigmetalle bestehen aus verschiedenen Metallarten. In der Zukunft werden wir wohl alle mit diesen Flüssigen Edelmetallen zu tun haben, es ist sogar denkbar, daraus extrem leichte aber stabile Gehäuse oder künstliche Hüftgelenke herzustellen.


Leichtmetalle

Auch bei den Leichtmetallen ist eine genaue Definition problematisch.

Definition der Leichtmetalle nach Dichte

Normalerweise gelten alle Metalle als Leichtmetall, die eine Dichte von weniger als 5g pro Kubikzentimeter aufweisen. Danach gibt es insgesamt 15 Leichtmetallelemente im Periodensystem.

Eins der leichtesten Metalle sollte jedem aus dem Chemieunterricht bekannt sein, so gut wie jede Schule besitzt einen kleinen Vorrat an Natrium, welches eine Dichte von 0,97g pro Kubikzentimeter besitzt.

Noch bekannter ist sicherlich das klassische Leichtmetall: Aluminium. Verwendet wird es quasi in allen Bereichen des Lebens, ob als Felge am Auto oder als Coladose in der Hand. Aluminium ist das Metall mit dem größten Vorkommen in der Erdkruste, häufiger kommen nur noch die zwei Nichtmetalle Silicium und Sauerstoff vor. Man kann Aluminium allerdings nicht in seiner Reinform abbauen, dieses Leichtmetall tritt immer nur als Metallerz auf. Um reines Aluminium herzustellen, wird ein anderes Leichtmetall – Kalium (0,87g pro cm³) verwendet. In Reinform ist es aufgrund einer sehr stabilen Oxidschicht extrem korrosionsbeständig.

Ebenfalls sehr bekannt ist das Leichtmetall Titan, welches allerdings das schwerste aller Leichtmetalle mit einer Dichte von 4,51g pro Kubikzentimeter ist. Es ist sehr stabil und extrem korrosionsbeständig, daher wird es vor allem in der Flugzeug- und Raumfahrttechnik verwendet, wo ein geringes Gewicht bei starker Beanspruchung besonders wichtig ist. Außerdem findet es Verwendung im Bereich der Zahntechnik bei Zahnersatz. In Deutschland werden jedes Jahr etwa 200.000 Implantate aus Titan hergestellt, weil es trotz aufwendiger Herstellung noch immer deutlich günstiger als Gold oder Platin ist. Inzwischen gibt es auch einige Handys mit einem Titan-Gehäuse, die zum einen besonders edel wirken und zum anderen eine ausgezeichnete Stabilität aufweisen.

Leichtmetalle aus technischer Sicht

Im technischen Bereich werden übrigens nur drei Metalle als Leichtmetall gezählt, Titan, Aluminium und Magnesium, denn nur diese lassen sich mit Werkzeugen als metallische Werkstoffe bearbeiten. Alle anderen (Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Francium, Beryllium, Calcium, Strontium, Barium, Scandium und Yttrium) werden nach dieser Definition nicht berücksichtigt.

Schwermetalle

Die meisten Menschen verbinden mit Schwermetallen vor allem Metalle wie Blei, Cadmium und Uran.Problematisch ist dabei jedoch die fehlende wissenschaftliche Definition, praktisch gibt es nämlich keine. Die International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) hat in einer Studie festgestellt, dass es insgesamt mehr als 30 verschiedene Definitionen für Schwermetalle gibt. Welcher man letztendlich folgen möchte, ist jedem selbst überlassen.

Definition Schwermetalle

Die Definitionen kennzeichnen Schwermetalle nach den verschiedensten Gesichtspunkten, zum Bespiel nach Dichte, nach dem Atomgewicht oder nach der Toxizität. Daher ist es schwierig, den Begriff Schwermetall allgemeingültig zu erklären.

Folgt man der Definition über die Dichte des Metalls, gelten alle Metalle mit einem Gewicht von mehr als 5g pro Kubikzentimeter als Schwermetall und das trifft auf den größten Teil aller metallischen Elemente zu.

Im umgangssprachlichen Bereich bezeichnet man mit einem Schwermetall allerdings meistens Elemente, denen eine toxische Wirkung zugeschrieben wird (Blei, Cadmium, Plutonium, Quecksilber, Chrom), aber selbst diese Verwendung ist nicht unbedingt gerechtfertigt. Einige der sogenannten Schwermetalle werden vom Körper in geringen Maßen benötigt, diese werden als Spurenelemente bezeichnet (z.B. Chrom, Eisen, Kupfer, Mangan, Nickel, Vanadium, Zinn).

Gesundheitsgefährdende Schwermetalle

Einige Schwermetalle wurden trotzdem als klar gesundheitsgefährdend erkannt und ihre weitere Verwendung in den meisten Bereichen ist inzwischen verboten. So dürfen heute zum Beispiel keine Trinkwasserleitungen mehr aus Blei bestehen, während diese früher weit verbreitet waren. Außerdem darf Quecksilber nicht mehr zur Wasseraufbereitung verwendet, auch das war früher üblich. In anderen Bereichen werden diese Metalle aber noch weiterhin verwendet, sie dürfen lediglich nicht mehr dort verwendet werden, wo eine Gesundheitsgefährdung höchst wahrscheinlich ist. Schwermetalle können vom Körper nicht abgebaut werden und reichern sich daher immer weiter im Körper an.

Das laut öffentlicher Meinung mit zu den gefährlichsten gehörende Metall Plutonium ist schon in einer Menge von wenigen Milligramm tödlich, vorausgesetzt man nimmt es direkt in den Körper auf. Gefährlicher ist dann allerdings die radioaktive Strahlung, die so stark ist, dass man bereits bei der Aufnahme von wenigen Mikrogramm fast sicher an Krebs erkrankt. Plutonium ist übrigens fast gar nicht gefährlich, wenn man es nicht aufnimmt, die ausgestrahlte Radioaktivität wird nämlich von abgestorbenen Hautzellen auf der Oberfläche der Haut komplett abgeschirmt.

Buntmetalle

Wer sich auf der Suche nach einer genauen Definition für Buntmetalle befindet, dem stellt sich dasselbe Problem wie bei den Schwermetallen, eine einheitliche Definition gibt es nicht.

Definition Buntmetalle

Durchgesetzt haben sich mehr oder weniger zwei verschiedene Definitionen. Die eine besagt, dass es sich bei allen Metallen außer den Edelmetallen und Eisen um Buntmetalle handelt, eine andere kennzeichnet Buntmetalle nach der Farbe der Erze. Blei, Cadmium, Kupfer, Nickel und Zink kommen beispielsweise ausschließlich in farbigen Erzen vor. Konkurrierend dazu gibt es auch noch die Definition nach der Metallfarbe, wobei dann aber vorwiegend Legierungen wie Messing und Bronze als Buntmetall definiert werden.

Unedle Metalle

Metalle kann man auf zwei verschiedene Arten unterscheiden, zum einem einfach nach ihrer Dichte, dann differiert man in Leicht- und Schwermetalle, zum anderen nach ihrer Reaktivität. Die Einordnung erfolgt dann in Unedle und Edle Metalle.

Um diese Unterscheidung zu definieren, ist eine nähere Betrachtung der chemischen Reaktionen notwendig, eingeordnet wird alleine nach der Fähigkeit mit Sauerstoff zu reagieren. Unedle Metalle reagieren bereits unter Normalbedingungen mit dem Sauerstoff, der sich in der Luft befindet. Edle Metalle reagieren im Gegensatz dazu nicht mit dem Luftsauerstoff, typische Beispiele dafür sind die Klassiker Gold, Silber und Platin. Diese bilden an der Luft entweder gar keine oder nur eine sehr dünne, nicht erkennbare Oxidschicht an der Oberfläche.

Eigenschaften der Unedlen Metallen

Bei den unedlen Metallen sieht das schon ganz anders aus, gut zu erkennen zum Beispiel an Eisen, ist dieses nicht geschützt, bildet sich innerhalb relativ kurzer Zeit eine Rostschicht. Rost ist nichts anderes als Eisenoxid.

Welche Metalle sind Unedle Metalle?

Zu den unedlen Metallen gehören insgesamt knapp 55 verschiedene Metalle, nachfolgend eine Auswahl: Eisen, Stahl (nicht als Reinelement), Kupfer, Nickel, Aluminium, Blei, Zink, Zinn, Wolfram, Molybdän, Tantal, Magnesium, Cobalt, Bismut, Cadmium, Titan, Zirconium, Antimon, Mangan, Beryllium, Chrom, Germanium, Vanadium, Gallium, Hafnium, Indium, Niob, Rhenium und Thallium. Unedle Metalle kommen in der Natur im Normalfall nicht in Reinform vor, sie können nur als Metallerz abgebaut werden und müssen danach sorgfältig abgetrennt werden.

Größere wirtschaftliche Bedeutung haben dabei aber lange nicht alle. Die größte Bedeutung für die Menschheit haben Kupfer, Eisen, Zink, Nickel und Magnesium. Alle anderen Metalle werden durchaus verwendet, aber in einem weitaus geringeren Anteil. Zink nimmt dabei eine Sonderstellung ein. Theoretisch gehört es zwar zu den unedlen Metallen, trotzdem wird es oftmals als Korrosionsschutz für andere unedle Metalle verwendet. Das liegt daran, dass Zink zwar mit dem Luftsauerstoff oxidiert, es verbindet sich aber genauso mit dem Kohlenstoff in der Luft. So wird eine stabile Schutzschicht aus Zinkoxiden und Zinkcarbonaten.