METALLE - VORKOMMEN, HERSTELLUNG UND EIGENSCHAFFTEN

Die Oxidationsreihe der Metalle (Theorie)

Viele Metalle reagieren beim Verbrennen mit Sauerstoff. Je unedler ein Metall ist, um so besser und heftiger reagiert es beim Verbrennen mit Sauerstoff. Je edler ein Metall ist, umso schlechter reagiert es beim Verbrennen mit Sauerstoff. Sehr edle Metalle wie Gold oder Platin reagieren gar nicht mit Sauerstoff und können daher auch nicht brennen.

Testfragen zum Üben

- Womit reagieren Metallle beim Verbrennen?

- Schreibe die Oxidationsreihe der Metalle auf und beginne mit dem

unedelsten Metall!

- Reagiert Gold (Au) oder Magnesium (Mg) besser mit Sauerstoff?

- Reagiert Eisen (Fe) oder Zink (Zn) besser mit Sauerstoff?

- Nenne ein Metall, das gar nicht mit Sauerstoff reagiert!

Die Oxidationsreihe der Metalle (Experiment)

Viele Metalle, insbesondere die unedlen Metalle lassen sich leicht verbrennen, indem man die in eine Flamme streut. Je heller ein Metall verbrennt, umso unedler ist es. Je schlechter ein Metall verbrennt, umso edler ist es. Edle Metalle wie Gold oder Silber brennen in der Flamme gar nicht.

Testfragen zum Üben

- Woran kannst du im Experiment erkennen, wenn ein Metall besonders gut

mit Sauerstoff reagiert? Welche Beobachtung machst du?

- Reagiert Silber oder Eisen besser mit Sauerstoff?

- Reagiert Calcium oder Magnesiium besser mit Sauerstoff?

- Reagiert Gold oder Kupfer besser mit Sauerstoff?

Wie kommen Metalle in der Natur vor?

Die meisten Metalle kommen in der Natur in Form von Erzen vor. Erze sind Gesteine, die Metalle in gebundener Form enthalten. Diese Gesteine enthalten große Mengen an Metalloxiden, Metallsulfiden oder Metallcarbonaten. Es handelt sich dabei nie um reine Metalloxide, Metallsulfide und Metallcarbonate die in den Gesteinen enthalten sind. Oft sind es Mischungen verschiedener Verbindungen. Durch Reduktion kann man aus Erzen Metalle gewinnen. Edle Metalle wie Gold und Platin kommen fast ausschließlich "gediegen" (direkt als Metall) in der Natur vor.

Beispiele für Erze

Roteisenstein (Fe2O3), Magnetit (Fe3O4) [Eisenerze]

Zinkblende (ZnS), Zinkit (ZnO) [Zinkerze]

Kupferkies (CuFeS2), Kupferglanz (Cu5FeS4) [Kupfererze]

Bleiglanz (PbS), Cerrusit (PbCO3) [Bleierze]

Magnesit (MgCO3) [Magnesiumerz]

Testfragen zum Üben

- Wie kommen die meisten Metalle in der Natur vor?

- In Form welcher Verbindungen kommen die meisten Metalle in der Natur

vor?

- Nennne 3 Erze und schreibe die Summenformel dahinter!

- Welche Metalle kommen fast ausschließlich "gediegen" in der Natur vor?

Metalle verbinden sich unterschiedlich stark mit Sauerstoff

Unedle Metalle gehen mit Sauerstoff starke Bindungen ein. Edle Metalle gehen mit Sauerstoff sehr schwache Bindungen ein. Daher kann man Silberoxid z.B. in Silber und Sauerstoff zerlegen, nur indem man es erhitzt. Durch den roten Balken unten ist dargestellt, wie stark die Metalle mit dem Sauerstoff verbunden sind.

Testfragen zum Üben

- Wie fest ist der Sauerstoff an Magnesiumoxid im Vergleich zu Silberoxid

gebunden?

Wie mann aus Erzen Metalle herstellt

Metalle herzustellen, ist sehr einfach. Man muss nur den Sauerstoff (O), den Schwefel (S) oder das Carbonat (CO3) entfernen und das Metall bleibt über. Dazu braucht man Stoffe, die dem Erz den Sauerstoff, den Schwefel oder das Carbonat entziehen.

Will man z.B. Eisenoxid den Sauerstoff entziehen, geht das nur mit Metallen die unedler sind als Eisen. Also z.B. Zink, Aluminium oder Magnesium.

Testfragen zum Üben

- Was bleibt über, wenn man einem Erz den Sauerstoff, den Schwefel oder

das Carbonat entzieht?

- Mit welchem Metall kann man Zinkoxid den Sauerstoff entziehen?

- Mit welchem Metall kann man Bleioxid den Sauerstoff entziehen?

Wie mann aus Erzen Metalle herstellt

Je unedler ein Metall ist, um so leichter kann es einem edleren Metalloxid den Sauerstoff entziehen. Je größer der Unterschied zwischen edel und unedel ist, umso heftiger ist auch die Reaktion.

Testfragen zum Üben

- Siehe Aufgabe oben! Die kommt so in der Arbeit dran!

Kohlenstoff als sehr günstiges Reduktionsmittel

Um Eisen aus Eisenerz herzustellen, benötigt man ein Reduktionsmittel, welches in der Lage ist dem Eisenoxid den Sauerstoff zu entreißen und sich mit ihm zu verbinden. Aluminium ist ein sehr gutes Oxidationsmittel, welches wegen des hohen Preises (ca. 2,50€ pro kg) nicht verwendet wird. Kohle (Braunkohle/Steinkohle) ist mit ca. 0,08€ pro kg deutlich günstiger.

Kohlenstoff ist zwar kein so starkes Reduktionsmittel wie Aluminium, aber es genügt, um dem Eisenoxid den Sauerstoff zu entziehen. Dies geschieht großtechnisch im so genannten Hochofenprozess!