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!

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?

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?

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?

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?

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!

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!

Testfragen zum Üben

- Warum verwendet man Kohlenstoff an Stelle von Aluminium, um in der 

   Industrie Eisen herzustellen?

- Welche 3 Arten von Kohlenstoff kennst du aus dem Alltag?

- Warum stellt man in der Industrie mit Hilfe vom Holzkohle kein Eisen her?

Wenn man Roteisenstein (Eisenoxid) im Reagenzglas zusammen mit Kohlenstoff erhitzt, entzieht der Kohlenstoff dem Eisenoxid dem Sauerstoff und reagiert zu Kohlenstoffdionxid. Im Reagenzglas bleibt Eisen übrig. Eisen kann man mit Hilfe eines Magneten nachweisen und Kohlenstoffdioxid kann man mit der Kalkwasserprobe nachweisen.

Testfragen zum Üben

- Welche beiden Stoffe entstehen, wenn man Roteisenstein (Eisenoxid) im   

   Reagenzglas zusammen mit Kohlenstoff erhitzt?

- Womit kann man nachweisen, dass bei dem Versuch Eisen entstanden ist?

- Welches Gas kann man mit der Kalkwasserprobe nachweisen?

Wie der Hochofenprozess zur Herstellung von Eisen in der Praxis aussieht, kannst du dir bei YouTube mit Hilfe des folgenden Videos ansehen.

Aufgabe: Beantworte die Fragen zur Dokumentation

- Nenne 5 Gegenstände (Körper), die aus Stahl bestehen!

- Welchen schwarzen Stoff benötigt man, um Eisen herzustellen?

- Was muss man mit der Kohle machen, bevor man sie zur Stahlherstellung  

   verwenden kann?

- Wie nennen die Fachleute die entgaste Kohle?

- Wie nennt man die Anlage, die aus Kohle Koks macht?

- Von wo aus wird der Hochofen mit Eisenerz und Koks befüllt?

- Wie nennt man die Transportwagen zum befüllen des Hochofens?

- Was braucht man, damit das Feuer im Hochofen nicht aus geht?

- Was wird mit dem Staub gemacht, der aus dem heißen Wind    

   herausgefiltert wird?

- Warum wird beim Hochofen ein Abstich gemacht?

- Zu was wird das Roheisen weiter verarbeitet?

- Was wird dem Roheisen hinzugefügt, um Stahl herzustellen?

- Warum wird Sauerstoff von oben in das Roheisen hineingeblasen?

- In welche 3 Formen wird der Rohstahl gegossen?

Als Messing bezeichnet man ein Metallgemisch (Legierung) aus Kupfer und Zink. Kupfer ist mit 55 bis 90% der Hauptbestandteil von Messing. Die übrigen 10 bis 45% sind Zink.
Messing ist härter und fester als reines Kupfer. Es ist relativ beständig gegen Korrosion, ist gut verarbeitbar und hat eine schöne goldene Farbe. Messing verwendet man beispielsweise für Verzierungen, Schrauben, Patronenhülsen, Türklinken, Münzen oder Schmuck.

Testfragen zum Üben

- Aus welchen beiden Metallen besteht Messing?

- Nenne 2 Beispiele, wofür man Messing verwendet!

- Welche Farbe hat Messing?

- Wenn viel mehr Zink als Kupfer im Messing enthalten ist, welche Farbe hat  

   es dann?

Bei der Woodschen Legierung kann man besonders eindrucksvoll sehen, dass die Eigenschaften (hier der Schmelzpunkt) ein komplett anderer ist, als der Schmelzpunkt der Metalle, aus denen die Legierung besteht.

Wood Metall:          70°C

Bismut (50%):       271°C

Blei (26,7%):         327°C

Zinn (13,3%):        232°C

Cadmium (10%):    321°C

Testfragen zum Üben

- Was kann man bei der Woodschen Legierung (Wood Metall) besonders  

   eindrucksvoll sehen?

- Bei welcher Temperatur schmilzt Wood Metall?

Eine Legierung ist ein metallischer Werkstoff, der aus mindestens zwei verschiedenen Elementen besteht. Durch das Legieren verändert man gezielt die Eigenschaften von Metallen.
Stahl ist eine Legierung aus Eisen und weniger als 2 % Kohlenstoff. Enthält der Stahl wenig Kohlenstoff, ist er weicher. Je mehr Kohlenstoff enthalten ist, desto härter und spröder wird der Stahl.

Auch Edelstahl ist eine Legierung: Hier werden dem Stahl zusätzliche Metalle beigemischt, um seine Eigenschaften gezielt an den jeweiligen Einsatzzweck anzupassen.

Wichtige Legierungselemente und ihre Wirkung

Chrom

Erhöht die Korrosions- und Hitzebeständigkeit.

Nickel

Verbessert die Korrosionsbeständigkeit sowie Härte, Zähigkeit und Verformbarkeit.

Vanadium

Steigert die Festigkeit, Zähigkeit und Verschleißfestigkeit.

Wolfram

Wird für Werkzeugstähle verwendet, die auch bei extrem hohen Temperaturen hart bleiben müssen, z. B. für Bohrer oder Drehmeißel.

Testfragen zum Üben

- Welcher Stahl ist härter? 0,5% Kohlenstoffanteil oder 1% Kohlenstoffanteil?

- Nenne 4 Elemente, die häufig in Edelstahl verwendet werden?

Testfragen zum Üben

- Wie viele Elektronen haben Platz auf den Schalen K, L, M, N, O, P, Q?

- Zeichne Fluor, Argon und Kalium im Schalenmodell!

- Wie viele Elektronen dürfen maximal auf der äußersten Schale sein?

Alle chemischen Elemente streben danach, eine voll besetzte äußere Schale zu erreichen, da dies der stabilste Zustand ist. Edelgase besitzen bereits eine vollständig gefüllte Außenschale und sind daher besonders stabil.
Man spricht von der Edelgaskonfiguration, wenn die äußere Schale eines Atoms voll besetzt ist.

Bei Helium sind dies 2 Elektronen auf der ersten Schale.

Bei allen anderen Edelgasen sind es 8 Elektronen auf der äußeren Schale.

Weil Edelgase bereits eine volle Schale haben, reagieren sie kaum mit anderen Elementen – sie gelten als „zufrieden“.

Bei chemischen Reaktionen teilen oder übertragen Reaktionspartner ihre Außenelektronen (Valenzelektronen), um die Edelgaskonfiguration zu erreichen.

Ein Beispiel:
Natrium besitzt ein Valenzelektron, Chlor hat sieben.
Wenn sich Natrium und Chlor verbinden, gibt Natrium sein Elektron an Chlor ab.
→ Natrium hat danach eine volle, darunterliegende Schale, und Chlor erreicht durch das zusätzliche Elektron ebenfalls eine volle Außenschale.

Testfragen zum Üben

- Wonach streben alle Elemente?

- Wann spricht man von einer Edelgaskonfiguration?

- Was kannst du über die Reaktionsbereitschaft von Edelgasen sagen?

- Was machen die Reaktionspartner bei chemischen Reaktionen mit den 

   Elektronen?

Das Schalenmodell zeigt, wie viele Elektronen ein Atom auf seinen Schalen hat, besonders auf der äußersten Schale.

Die Wertigkeit eines Elements gibt an, wie viele Elektronen ein Atom abgeben, aufnehmen oder teilen kann, um eine volle äußere Schale (also die Edelgaskonfiguration) zu erreichen.

Kurz gesagt:
- Die Anzahl der Valenzelektronen bestimmt die Wertigkeit.
- Wertigkeit zeigt, wie viele Bindungen ein Atom eingehen kann.

Testfragen zum Üben

- Was gibt die Wertigkeit an?

- Welche Wertigkeiit haben die Elemente ...........................? Hilfe PSE

Testfragen zum Üben

- Stelle zu folgenden Reaktionen die Reaktionsgleichungen auf!

--> Mg+F / Ca+Cl / Al + O / Al+F / C+H / C+O / N+H

Schema zum Ermitteln von Reaktionsgleichungen

1. Schreibe die Elementsymbole hintereinander auf! Das Metall steht immer vorne und das Nichtmetall dahinter: AlO

2. Schreibe die Wertigkeiten in römischen Zahlen über die Elementsymbole. Du kannst die Wertigkeiten im Periodensystem ablesen (siehe dazu nochmal Video zur Wertigkeit) 

III II

Al  O

3. Durch welche kleinste Zahl sind beide Wertigkeiten teilbar? Hier 6:___

4. Al: 6:III = 2                 O: 6:II = 3

5. Al2O3

Video wo alle Aufgaben gelöst werden! Erst 6 ohne molekulare Gase und danach mit molekularen Gasen! Nochmal molekulare Gase erklören!