Was macht Metalle so wunderbar?

Alles was glänzt

Metalle wie Kupfer, Platin, Silber und Gold glänzen und glitzern, wenn sie poliert werden. Diese Eigenschaft hat einen Namen: Glanz. Glanz ist ein mineralogischer Begriff, der verwendet wird, um die Art und Weise zu beschreiben, wie Licht mit der Oberfläche interagiert. Es impliziert auch Glanz, Glanz oder Brillanz. Sie haben vielleicht bemerkt, dass übergangsmetallhaltige Verbindungen (in denen das Metall ionisiert ist und sich somit wie ein ionischer Feststoff verhält) hell gefärbt sind; hellblaues CuSO4 , tiefviolettes KMnO4 oder leuchtend grünes Cr2O3. Die Farbe in den Übergangsmetallen resultiert aus elektronischen Übergängen zwischen den D-Level-Orbitalen. Licht, das auf die Verbindung trifft, verursacht eine Anregung in den Elektronen, was dazu führt, dass die Elektronen in höhere Energiezustände springen. Wenn sich die Elektronen entspannen, haben die freigesetzten Photonen eine Wellenlänge innerhalb des sichtbaren Teils des elektromagnetischen Spektrums. Zum Beispiel können Verbindungen, die mit Vanadium hergestellt werden, violett (+2), grünlich (+ 3), bläulich (+ 4) und gelblich (+5) sein, abhängig von der jeweiligen Oxidationsstufe von Vanadium. (Vanadiums Name kommt von „Vanadis“, einem der Namen für die nordische Göttin der Schönheit, nach den bunten Verbindungen des Elements.)

In nichtionisierten Metallen befinden sich Molekülorbitale in kontinuierlicher Bewegung auf der Metalloberfläche. Diese Fluidität der Metallelektronen bedeutet, dass die Molekülorbitale variable, kleine Lücken aufweisen, die ständig Licht über einen Wellenlängenbereich zurückspucken und ihnen einen weißen Glanz verleihen. Kupfer sieht rot aus, weil es Licht am blauen Ende des Spektrums bevorzugt absorbiert und im Rot emittiert. Zusätzliche relativistische Effekte lassen Gold gelb erscheinen.

Silber ist das reflektierendste Element. Eine dünne Schicht auf Glas (kombiniert mit einer Schutzschicht gegen Anlaufen) wird verwendet, um alle Arten von Spiegeln herzustellen, von preiswerten Handspiegeln bis zu hochpräzisen Spiegeln von Weltraumteleskopen.

Ebenso resultiert Magnetismus aus der Bewegung der Elektronen im Material. Die Metalle Eisen, Kobalt und Nickel (alle magnetisch) haben ungepaarte Elektronen, die so ausgerichtet werden können, dass sie sich in Ausrichtung zueinander drehen und einen Dipol bilden, der das magnetische Verhalten erzeugt. Seltenerdmetalle haben ein noch magnetischeres Verhalten, da sie bis zu 14 f-Orbitalelektronen haben können (im Gegensatz zu den 10 d-Orbitalelektronen von Übergangsmetallen). Einige dehnen sich sogar in Gegenwart eines Magnetfelds aus und bilden die Grundlage für elektronische Lautsprecher und Summer.

Metalle reagieren

Nur weil Metalle wirklich flexibel sind, heißt das nicht, dass sie nicht reaktiv sind. Elemente auf der linken Seite des Periodensystems geben ihre Elektronen lieber ab, um ionische Verbindungen zu bilden. Reines Lithium, Natrium, Kalium und andere Metalle der Gruppe 1 sind so reaktiv, dass sie von Luft oder Wasser ferngehalten werden. Aber ihre Ionen machen einen großen Teil der Elektrolyte aus, die unsere Nerven benötigen, um elektrische Signale zu übertragen.

Aluminium ist ebenfalls reaktiv, wenn auch weniger heftig als Elemente der Gruppe 1. Aber es oxidiert so schnell, dass es von etwa 500 v. Chr. bis in die frühen 1800er Jahre als Element unbekannt war, obwohl es das am häufigsten vorkommende metallische Element in der Erdkruste ist. Sobald das leichte, robuste und leicht zu legierende Metall entdeckt wurde, wurde es buchstäblich mehr als Platin geschätzt! Napoleon III. servierte Staatsessen mit Aluminiumplatten und Besteck. Es wurde auch als Schmuck verwendet und bedeckte das Washington Monument. Die 1886-Entwicklung eines elektrolysebasierten Verfahrens durch den amerikanischen Chemiker und Erfinder Charles Martin Hall und den französischen Wissenschaftler Paul Heroult (unabhängig arbeitend) machte es schließlich einfach, Aluminium zu erhalten, wodurch es abgewertet wurde.

Kein Zweifel, dass Metalle wunderbar sind. Weitere Informationen finden Sie auf der Website der National Chemistry Week.