Metalle – Schätze der Erde
Das lernst du
- Ich beschreibe typische Eigenschaften von Metallen.
- Ich bestimme Metalle über ihre Dichte.
- Ich erkläre die Metallbindung mit dem Elektronengasmodell.
- Ich ordne Metalle nach ihrer Reaktionsfähigkeit.
- Ich deute die Reduktion von Metalloxiden.
- Ich unterscheide Oxidations- und Reduktionsmittel.
- Ich beschreibe die Gewinnung von Eisen im Hochofen.
- Ich beurteile Recycling von Metallen.
Merksätze
Metalle glänzen, leiten Wärme und Strom, sind verformbar.
Alle vier Eigenschaften kommen aus demselben Bau.
Die Dichte ρ = m : V ist eine Stoffeigenschaft.
Aluminium hat 2,7 g/cm³, Eisen 7,9 g/cm³, Gold 19,3 g/cm³.
Im Metall geben die Atome ihre Außenelektronen ab.
Die Elektronen bewegen sich frei zwischen den Rümpfen – deshalb leitet Metall. Beim Biegen hält das Elektronengas die Schichten zusammen.
Unedle Metalle reagieren leicht mit Sauerstoff, edle kaum.
Unedel sind Magnesium und Zink, edel sind Kupfer, Silber und Gold.
Ein Metalloxid gibt Sauerstoff ab: Das ist Reduktion.
Wer den Sauerstoff aufnimmt, wird oxidiert – und ist das Reduktionsmittel.
Das Reduktionsmittel nimmt den Sauerstoff auf und wird dabei oxidiert.
Das Oxidationsmittel gibt ihn ab und wird reduziert. Beides geschieht gleichzeitig: eine Redoxreaktion.
Eisenerz wird mit Koks reduziert: Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂.
Das Kohlenstoffmonoxid nimmt den Sauerstoff auf.
Recycling spart den größten Teil der Energie.
Aus Schrott muss das Metall nicht mehr reduziert, nur geschmolzen werden.
Selbst abfragen
Tippen dreht um, Wischen blättert.Leertaste dreht um, Pfeiltasten blättern.
So geht es – ein Beispiel je Aufgabenart
Ein Metallwürfel hat die Dichte 4,5 g/cm³. Entscheide: Welches Metall ist es?
- Die Dichte ist eine Stoffeigenschaft.
- Wert in der Tabelle suchen.
- 4,5 g/cm³: Titan.
Ergebnis: Titan
Ein Metallstück hat das Volumen 10 cm³ und die Masse 27 g. Bestimme die Dichte und ordne das Metall zu.
- Formel: ρ = m : V
- ρ = 27 g : 10 cm³ = 2,7 g/cm³
- Tabelle: Das ist Aluminium.
Ergebnis: ρ = 2,7 g/cm³ → Aluminium
Warum lässt sich Gold biegen, ohne zu brechen?
- Beim Biegen gleiten Schichten.
- Die Elektronen gehen mit.
- Kein Abstoßen – das Metall bleibt ganz.
Ergebnis: Das Elektronengas hält die Schichten
Gold wird mit Silberoxid erhitzt. Entscheide: Läuft eine Reaktion ab?
- Das edlere Metall kann dem unedleren den Sauerstoff nicht nehmen.
- Gold ist edler als Silber.
- Keine Reaktion.
Ergebnis: Nichts, Gold ist edler
Typische Fehler – so sieht es falsch aus, so richtig
CuO + Fe → Cu + FeO Eisen wird reduziert, also ist Eisen das Reduktionsmittel
CuO + Fe → Cu + FeO Eisen nimmt den Sauerstoff auf = wird oxidiert = Reduktionsmittel CuO gibt ihn ab = wird reduziert = Oxidationsmittel
Das Reduktionsmittel wird selbst oxidiert – es reduziert den anderen.
m = 27 g, V = 10 cm³ → ρ = 10 : 27 = 0,37 g/cm³
ρ = m : V = 27 g : 10 cm³ = 2,7 g/cm³ (Aluminium)
ρ = m : V. Wer V : m rechnet, bekommt Werte unter 1 und wundert sich nicht.
Gold glänzt, also reagiert es leicht
Gold → edel, reagiert kaum Magnesium → unedel, reagiert leicht mit Sauerstoff
Elektronengas erklärt Leiten und Verformen. Unedle Metalle reagieren leicht.
H₂ + O₂ → H₂O₂
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O (Zahlen VOR die Formel, nie in den Index)
Ausgleichen heißt: Zahlen VOR die Formel schreiben. Wer H₂O zu H₂O₂ macht, hat einen anderen Stoff.
Weiter lesen und ausprobieren – auf fremden Seiten
- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): Moleküle bauen (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): pH-Wert von Säuren und Basen (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
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