1.

Einleitung

Metalle, Sammelbezeichnung für diejenigen chemischen Elemente, die alle die folgenden Eigenschaften bzw. die meisten davon aufweisen: Metallische Elemente sind bei normalen Temperaturen fest und lichtundurchlässig – außer in extrem dünnen Schichten; sie haben eine gute hohe Wärmeleitfähigkeit und sind auch gute elektrische Leiter; in poliertem Zustand glänzen sie und bilden im festen Zustand Kristalle.

Metalle und Nichtmetalle werden im Periodensystem durch eine diagonal verlaufende Linie voneinander abgegrenzt. Links oberhalb von ihr stehen die Metalle und rechts unterhalb von ihr die Nichtmetalle. Auf der Diagonalen selbst stehen die so genannten Halbmetalle Bor, Silicium, Germanium, Arsen, Antimon, Tellur, Polonium und Astat. Sie haben sowohl metallische als auch nichtmetallische Eigenschaften. Zu den bekanntesten metallischen Elementen zählen folgende (alphabetisch geordnet): Aluminium, Barium, Beryllium, Bismut, Blei, Cadmium, Calcium, Cer, Chrom, Cobalt, Eisen, Gold, Iridium, Kalium, Kupfer, Lithium, Magnesium, Mangan, Molybdän, Natrium, Nickel, Osmium, Palladium, Platin, Quecksilber, Radium, Rhodium, Silber, Tantal, Thallium, Thorium, Titan, Uran, Vanadium, Wolfram, Zink und Zinn.

Metallische Elemente können untereinander oder mit bestimmten anderen Elementen zu chemischen Verbindungen oder zu Lösungen oder zu innigen Vermischungen zusammentreten. Unter einer Legierung versteht man die Kombination eines Metalls mit einem (oder mehreren) anderen Metallen (z. B. Bronze, Messing) oder mit auch gewissen Nichtmetallen, wie z. B. die Eisen-Kohlenstoff-Legierung Stahl. Die Verbindungen des Quecksilbers mit anderen Metallen nennt man Amalgame – sie zählen zu den intermetallischen Verbindungen.

Neben diesen klassischen Metallen hat man auch andere Stoffe künstlich herstellen können, die gewisse metallische Eigenschaften aufweisen. Zu diesen Substanzen gehören beispielsweise bestimmte Gläser und Kunststoffe. Diese Materialien eignen sich u. a. als Werkstoffe für den Korrosionsschutz oder als elektrische Leiter.

Innerhalb der allgemeinen Grenzen variieren die Eigenschaften von Metallen beträchtlich. Die meisten Metalle sind gräulich gefärbt, Bismut dagegen rötlich, Kupfer rot und Gold gelb. Die Schmelzpunkte (siehe Aggregatzustand) der Metalle liegen zwischen -39 °C beim Quecksilber und 3 410 °C beim Wolfram. Die höchste relative Dichte aller Metalle hat Iridium mit 22,4, und die geringste hat Lithium mit 0,53. Im Kristallverband oder auch Metallgitter findet der Zusammenhalt zwischen den Atomen durch Metallbindungen statt (siehe chemische Bindung; Kristall). Bei gewöhnlichen Temperaturen hat Bismut die niedrigste elektrische Leitfähigkeit aller metallischen Elemente – Silber hat die höchste. Bei sehr tiefen Temperaturen sind einige Metalle in der Lage, elektrischen Strom widerstandsfrei zu leiten (siehe Supraleitfähigkeit; Tiefsttemperaturtechnik). Die elektrische Leitfähigkeit der meisten Metalle nimmt ab, wenn man sie mit anderen Metallen legiert. Beim Erwärmen dehnen sich alle Metalle aus, und beim Abkühlen kontrahieren sie sich. Bestimmte Legierungen, darunter einige von Platin und Iridium, haben extrem kleine thermische Ausdehnungskoeffizienten.

Ein halbmetallisches Verhalten konnten amerikanische Wissenschaftler erstmals im März 1998 experimentell nachweisen. Als Versuchsmaterial diente ein hauchdünner Film von Manganperowskit, der unter Hochvakuum mit einem gepulsten Laser hergestellt wurde. Die Elektronen dieses Films verhielten sich bei den Untersuchungen unterschiedlich, je nach Ausrichtung ihres Spins. Das eine Verhalten ähnelte dem eines metallischen Leiters, während das andere mehr dem eines Isolators glich.