Metalle

Metalle (Metalla), einfache Körper (Elemente), welche sich im Allgemeinen von den Metalloiden (s.d.) durch einen eigenthümlichen Glanz (Metallglanz), Undurchsichtigkeit u. großes Leitungsvermögen für Wärme u. Elektricität unterscheiden. Die M. haben schon in den ältesten Zeiten wegen ihrer umfassenden Brauchbarkeit für die verschiedensten Zwecke des Lebens die Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Noch vor den Griechen bezeichneten die Perser sieben von ihnen unterschiedene M. mit den Namen der Planeten, welche selbst mit den Gottheiten der Alten übereinstimmende Benennungen erhielten. Später wurden von den Alchemisten eigene Zeichen eingeführt, welche jenen M-n, aber auch den Planeten, gemeinschaftlich waren. Jene sieben, im Alterthum allgemein anerkannten M., zugleich mit ihren Zeichen u. den ihnen zugeeigneten Himmelskörpern waren: Gold, ⊙, Sonne; Silber, ☾, Mond; Quecksilber, ☿, Mercur; Kupfer, ♀, Venus; Eisen, ♂, Mars; Zinn, ♃, Jupiter; Blei, ♄, Saturn. Gegenwärtig kennt man folgende M.: Aluminium, Antimon, Barium, Beryllium, Blei, Cadmium, Calcium, Cer, Chrom, Didym, Eisen, Erbium, Gold, (Ilmenium), Iridium, Kalium, Kobalt, Kupfer, Lanthan, Lithium, Magnesium, Mangan, Molybdän, Natrium, Nickel, Niobium, Norium, Osmium, Palladium, Pelopium, Platin, Quecksilber, Rhodium, Ruthenium, Silber, Strontium, Tantal, Tellur, Terbium, Thorium, Titan, Uran, Vanadin, Wismuth, Wolfram, Yttrium, Zink, Zinn, Zirkonium. In neuerer Zeit wurden einige Substanzen als eigenthümliche neu entdeckte M. beschrieben, welche sich bei näherer Untersuchung meist als Gemische bereits bekannter M. erwiesen, so das Donarium, Aridium u. wahrscheinlich auch das Ilmenium. Lavoisier erkannte die M. zuerst als Elemente. Die M. sind bei gewöhnlicher Temperatur fest, gehen aber bei mehr od. weniger hohen Temperaturgraden in den flüssigen Zustand über. Eine Ausnahme hiervon bildet das Quecksilber, welches nur bei sehr niederer Temperatur fest ist. In der Schmelzbarkeit zeigen die M. eine außerordentliche Verschiedenheit: Quecksilber schmilzt schon bei – 39° C., Kalium bei + 55°, Natrium bei 90°, Zinn bei 228°, Blei bei 322°, Zink bei 412°, Silber bei 1022°, Kupfer bei 1090°, Gußeisen bei 1915°, Schmiedeeisen nur in der stärksten Hitze des Gebläseofens, Palladium, Molybdän, Uran, Wolfram, Chrom, Titan, Osmium, Iridium, Platin u.a. nur in der Flamme des Knallgasgebläses. Alle M. sind in der Hitze flüchtig, doch zeigen sie auch hierin große Unterschiede: Quecksilber verdampft schon bei gewöhnlicher Temperatur, Kalium, Natrium, Zink, Kadmium u. Tellur verflüchtigen sich im gewöhnlichen Ofenfeuer, die meisten M. sind aber nur in sehr hohen Hitzegraden flüchtig. Früher hielt man ein großes specifisches Gewicht für den M-n eigenthümlich, doch sind die M. der alkalischen Erden nur 2 bis 3 Mal schwerer als Wasser, die der Alkalien schwimmen sogar auf Wasser; das größte specifische Gewicht hat Platin (21,4). Viele M. können krystallisirt erhalten werden; geschmolzene M. nehmen meist beim Erkalten krystallinische Textur an; die Krystallform der meisten M. gehörte dem regulären System an. Ausgezeichnet ist der Glanz der M., welcher daher Metallglanz) genannt wird, welcher aber den M-n nicht eigenthümlich ist, da er auch an einigen Metalloiden (Arsen, Jod, Selen), sowie an künstlichen u. natürlichen Schwefelverbindungen auftritt u. noch nicht allen M-n hat vollkommen ertheilt werden können; Platin, Stahl u. Silber sollen den stärksten Metallglanz besitzen. Vollkommen undurchsichtig sind nicht alle M., wie man sonst annahm; dünne Goldblättchen erscheinen im durchfallenden Lichte grün. Die meisten M. sind weich u. zähe, daher hämmerbar, doch in verschiedenem Grade, sie können zu Platten u. dünnen Blättchen gehämmert werden, manche bes. in höheren Temperaturen; einige M. sind sehr hart, so bes. Wolfram, dieses ritzt Stahl; andere zeichnen sich durch Sprödigkeit aus u. können zu Pulver zerrieben werden, z.B. Wismuth, Antimon, Arsen. Manche M. besitzen eine große Dehnbarkeit, d.h. sie lassen sich zu Drähten ausziehen, in dieser Beziehung sind bes. Gold, Silber u. Platin bemerkenswerth; Wollaston stellte Gold- u. Silberdraht von ¹/₅₀₀₀ Zoll Durchmesser u. Platindraht von ¹/₃₀₀₀₀₀, Zoll Durchmesser dar. Eisen, [179] Palladium u. Platin erweichen vor dem Schmelzen u. können daher geschweißt werden, d.h. zwei Stücken lassen sich durch Schmieden mit einander zu einem Stück verbinden, bei anderen M-n erreicht man dies mit Hülfe eines leichter schmelzbaren Metallgemisches (Loth). Die Farbe der meisten M. ist weiß od. grau. Das Leitungsvermögen für Wärme u. Elektricität ist bes. ausgezeichnet bei Kupfer, Silber u. Gold; in Bezug auf das Leitungsvermögen für Elektricität steht unter den dehnbaren M-n Silber oben an, dann folgen: Kupfer, Gold, Kadmium, Palladium, Eisen, Platin, Zinn, Nickel, Blei. Magnetismus können außer dem Eisen nur noch Kobalt, Nickel u. Mangan annehmen. Die M. können nicht aufgelöst werden, ohne daß sie sich chemisch mit dem Lösungsmittel od. einem Bestandtheil desselben verbinden.

Verbindungen der M.: A) Mit Sauerstoff. Alle M. verbinden sich, direct od. indirect, mit Sauerstoff zu Metalloxyden. Die meisten M. absorbiren den Sauerstoff der Luft schon bei gewöhnlicher Temperatur; doch erfolgt die Oxydation bei gewöhnlicher Temperatur nicht, wenn die Luft trocken u. vollkommen frei von Kohlensäure ist, selbst Kalium u. Natrium bleiben in solcher Luft unverändert. In höherer Temperatur verbinden sich die M. leichter u. oft unter Feuererscheinung mit dem Sauerstoff, ausgenommen hiervon sind die sogen. edlen M. Die Verwandtschaft zum Sauerstoff wird bes. durch Galvanismus verstärkt, ebenso wirken Wasser u. Kohlensäure vermittelnd bei der Oxydation. Viele M. können das Wasser zersetzen, einige schon bei gewöhnlicher Temperatur, andere bei erhöhter Temperatur, u. bilden Oxyde unter Ausscheidung von Wasserstoff. Sauerstoffsäuren befördern die Wasserzersetzung wegen ihrer Neigung, sich mit den Metalloxyden zu vereinigen. Eisen zerlegt das Wasser erst bei Rothglühhitze, bei Gegenwart von Schwefelsäure erfolgt dagegen die Zersetzung schon bei gewöhnlicher Temperatur. Sehr leicht erfolgt die Oxydation der M. durch Salpetersäure, bes. wenn sie etwas salpetrige Säure enthält, sowie beim Schmelzen mit salpetersaurem Kali od. saurem schwefelsaurem Kali. Die Oxyde, welche auf ein Atom Metall ein Atom Sauerstoff enthalten, sind starke Basen, die Basicität verliert sich aber in dem Maße, als die Menge des Sauerstoffs zunimmt; die höchsten Oxydationsstufen einiger M. sind sogar Säuren. Die Zurückführung der Metalloxyde in M. nennt man Reduction. Manche Metalloxyde verlieren schon beim Erhitzen den Sauerstoff, z.B. Goldoxyd, Platinoxyd, Silberoxyd. Die M. dieser Oxyde verbinden sich nicht direct mit Sauerstoff, behalten daher im Feuer ihren Metallglanz u. heißen edle M. Die Oxyde von Gold u. Silber werden sogar durch das Licht reducirt, bes. durch die blauen Strahlen. Die meisten M. werden erst in der Glühhitze bei Gegenwart von Substanzen reducirt, welche bei dieser Temperatur eine größere Verwandtschaft zum Sauerstoff haben, als das Metall, als solche dienen bes. Kohle u. Wasserstoffgas, erstere vereinigt sich mit dem Sauerstoff des Metalloxyds zu Kohlenoxyd od. Kohlensäure, letzteres zu Wasser. Bei der Reduction mit Kohle mengt man die Oxyde innig mit Kohlenpulver u. glüht das Gemisch im Tiegel. Ist das Metall leicht schmelzbar, so vereinigen sich die reducirten Metalltheilchen am Boden des Tiegels zu einer größeren Masse (Metallkönig, Regulus). Ist das Metall schwer schmelzbar, so muß man ein Flußmittel zusetzen, welches zu einem Glase schmilzt u. die Metalltheilchen einschließt, so daß dieselben zu Boden sinken u. sich zu einem Regulus vereinigen. Als Flußmittel dienen: Borax, gewöhnliches Glas; Flußspath etc. Die Reduction der Metalloxyde durch Kohle wird bes. beim Ausbringen der M. aus den Erzen angewendet, sollen aber kleine Mengen Metall dargestellt werden, u. handelt es sich bes. darum, dasselbe rein zu erhalten, so bedient man sich zur Reduction des Wasserstoffs; das Oxyd wird in einer Röhre bis zu der erforderlichen Temperatur erhitzt u. dann ein Strom Wasserstoffgas darüber geleitet. Die meisten Metalloxyde lassen sich durch die M. der Alkalien reduciren, doch ist es vorzuziehen, die zu reducirenden Metalloxyde erst in Chloride umzuwandeln. Aus Auflösungen werden die M. durch einen elektrochemischen Proceß mit Hülfe eines anderen elektropositiveren Metalls reducirt; in dieser Beziehung stellen sich die M. in folgende Reihe, wobei das eine immer durch alle nächstfolgenden reducirt wird: Platin, Gold, Silber, Quecksilber, Wismuth, Kupfer, Zinn, Blei, Kadmium, Eisen, Zink.

B) Mit Wasserstoff verbinden sich nur Antimon u. Tellur; andere Wasserstoffverbindungen der M. kennt man noch nicht mit Bestimmtheit, da der Wasserstoff eine außerordentlich geringe Verwandtschaft zu den M-n hat.

C) Mit Stickstoff verbinden sich die meisten M. zu Stickstoffmetallen, wenn über die Oxyde derselben trockenes Ammoniakgas geleitet wird; diese Verbindungen bestehen meist aus 3 Atomen Metall u. 1 Atom Stickstoff, zersetzen sich in höherer Temperatur, manche schon beim Reiben od. Stoßen, meist unter Explosion u. Feuererscheinung, manche können jedoch starke Hitze vertragen.

D) Mit Kohlenstoff. Kohlenstoffmetalle bilden sich häufig bei der Reduction der Metalloxyde durch Kohle; nach bestimmten Proportionen zusammengesetzt, werden solche Verbindungen durch Glühen einiger Cyanmetalle od. Rhodanmetalle erhalten. Die meisten Kohlenstoffmetalle sind spröd u. leichter schmelzbar als das Metall.

E) Mit Chlor. Analog den Oxyden der M. bestehen Verbindungen derselben mit Chlor (Chlormetalle); sie kommen, mit Ausnahme des Chlornatriums, in der Natur selten vor, bilden sich aber leichter als die Oxyde. Viele M. verbinden sich beim Erwärmen direct mit Chlor; Antimon u. Wismuth entzünden sich schon bei gewöhnlicher Temperatur in Chlorgas; viele M. zerlegen die Salzsäure unter Bildung von Chlormetallen. Die Chlormetalle werden in der Hitze, mit Ausnahme von Goldchlorid, Platinchlorid u. ähnlichen, nicht zerlegt, sie verbinden sich unter einander zu Chlorsalzen u. mit den Oxyden zu basischen Chlormetallen (Oxychloriden).

F) Iod u. Brom haben geringere Verwandtschaft zu den M-n als Chlor. Doch lassen sich die meisten M. mit ihnen unter Feuererscheinung zu Jodmetallen u. Brommetallen verbinden.

G) Mit Schwefel vereinigen sich die M. leicht zu Schwefelmetallen (Sulphureten), welche sehr häufig in der Natur vorkommen; die meisten schweren unedlen M. findet man an Schwefel gebunden. Die natürlichen Schwefelmetalle sind fast[180] ohne Ausnahme krystallisirt u. meist von dunkler Farbe, man theilt sie ein in Kiese u. Blenden, von denen die ersteren Metallglanz besitzen, die letzteren durchscheinend sind. Viele M. vereinigen sich direct mit Schwefel, wenn sie in sein zertheiltem Zustand mit demselben zusammengeschrieben, od. mit schmelzendem Schwefel in Berührung kommen; Kupfer in dünnen Blechen verbrennt in Schwefeldampf vollständig zu Schwefelkupfer. Viele Schwefelmetalle entstehen auch durch Erhitzen der Metalloxyde mit Schwefel od. mit einer höheren Schwefelungsstufe eines Alkalimetalls. Manche M. zersetzen den Schwefelwasserstoff unter Bildung von Schwefelmetall, häufiger aber werden Metalloxyde durch Schwefelwasserstoff in Schwefelmetalle übergeführt. Die Oxyde von Chrom, Uran, Cer, Lanthan, Titan u. Tantal verwandeln sich nur in die entsprechenden Schwefelverbindungen, wenn man sie in Schwefelkohlenstoffdampf glüht. Schwefelmetalle, welche durch verdünnte Säuren nicht zerlegt werden, erhält man, wenn man in ihre Lösungen Schwefelwasserstoffgas leitet; solche, welche in Säuren löslich sind, werden in derselben Weise gewonnen, wenn man die Lösung vorher alkalisch macht od. zur Fällung Schwefelalkalien anwendet. Nur die Sulphurete der M., der Alkalien u. alkalischen Erden sind in Wasser löslich, man nennt sie Schwefellebern; sie werden an der Luft feucht u. zersetzen sich durch Aufnahme von Kohlensäure in kohlensaure Salze u. Schwefelwasserstoff. Die Schwefelmetalle sind bei Abschluß der Luft meist schmelzbar u. feuerbeständig, beim Zutritt der Luft entwickeln sie schwefelige Säure u. hinterlassen Metall in reinem Zustand od. als Oxyd od. ein basisch schwefelsaures Salz. Um die Bildung der letzteren zu vermeiden, wie bei dem Röstproceß od. Abschwefeln im Großen, werden Wasserdämpfe über die erhitzte Masse geleitet, wodurch Schwefelwasserstoff gebildet wird, welcher das basisch schwefelsaure Salz wieder reducirt. Schwefeleisen, Schwefelkupfer u. Schwefelzink, sowie die Schwefellebern, oxydiren sich schon bei gewöhnlicher Temperatur bei Gegenwart von Wasser. Einige Schwefelmetalle werden schon durch bloßes Erhitzen reducirt, so Schwefelgold, andere verlieren ihren Schwefel, wenn sie in Wasserstoffgas geglüht werden; auch durch Glühen von Schwefelmetallen mit anderen M-n, welche eine größere Verwandtschaft zum Schwefel haben, werden diese reducirt; schmelzendes Schwefelantimon u. Schwefelblei werden durch metallisches Eisen zu Antimon u. Blei reducirt, indem sich Schwefeleisen bildet. Diese Methode wird zuweilen im Großen zur Gewinnung der M. aus ihren natürlichen Schwefelverbindungen angewendet u. heißt die Niederschlagarbeit. In der Regel gewinnt man im Großen die M. aus den Kiesen u. Blenden, indem man dieselben röstet u. dann durch Kohle reducirt. Manche Sulphurete lassen sich auch aus ihren Schwefelverbindungen durch Schmelzen mit salpetersaurem u. kohlensaurem Kali od. auch mit ätzendem u. kohlensaurem Kali darstellen.

H) Mit Selen verbinden sich die M. zu, den Sulphureten ganz analogen Selenmetallen; in der Natur kommen dieselben nur selten vor.

I) Mit Phosphor. Gegen Phosphor verhalten sich die M. ähnlich, wie gegen Schwefel; manche M. vereinigen sich direct mit Phosphor unter Feuererscheinung zu Phosphormetallen; andere Phosphormetalle können durch Zusammenbringen von Metalloxyden mit Phosphor od. Phosphorwasserstoff od. durch Glühen der phosphorsauren Salze mit Kohle erhalten werden. Die Phosphormetalle sind spröder u. härter als die reinen M., sind metallglänzend u. oxydiren sich leicht, bes. beim Erhitzen. Die Verbindungen des Phosphors mit den M-n der Alkalien u. alkalischen Erden zersetzen sich schon im Wasser unter Bildung von Phosphorwasserstoff. Phosphormetalle kommen in der Natur nicht vor.

K) Mit Arsen. Arsenmetalle können auf ähnliche Weise wie Phosphormetalle erhalten werden; sie sind ebenfalls spröde u. leichter schmelzbar, als die reinen M. In der Natur kommen sie weniger selten vor.

L) Mit Kiesel u. Bor. Beim Schmelzen von M-n mit Kieselsäure u. Borsäure haltigen Substanzen erhält man Kiesel- u. Bormetalle; sie sind nur wenig bekannt, in der Natur kommen sie nicht vor.

M) Mit anderen M-n. Die M. verbinden sich unter einander zu den sogen. Legirungen, s.d.

Eintheilung der M. Da in früherer Zeit neben dem eigenthümlichen Glanze u. der Schmelzbarkeit die Hämmerbarkeit der M. als Hauptcharakter derselben erkannt wurde, so unterschied man nach der Entdeckung anderer M., welche diese Eigenschaft der Hämmerbarkeit nicht zeigten, die letzteren als Halbmetalle von den eigentlichen M-n. Das Verhalten der M. im Feuer gab Veranlassung zur Eintheilung der M. in edle M., als solche, welche ihren Metallglanz in der Hitze nicht verlieren, u. unedle M., welche sich im Feuer oxydiren. Auf das specifische Gewicht basirt, hat man leichte M., deren specifisches Gewicht geringer als 5 ist, von den schweren M-n unterschieden, deren specifisches Gewicht größer ist. Nach den verschiedenen Graden ihrer Oxydirbarkeit unterschied Thénard 6 Gruppen: a) M., welche das Wasser selbst bei 0° unter lebhaftem Aufbrausen zerlegen (Kalium, Natrium, Lithium, Barium, Strontium, Calcium); b) M., welche das Wasser bei 0° nicht lebhaft zersetzen, sondern nur bei einer höheren Temperatur, die aber die Glühhitze nicht erreicht (Magnesium, Beryllium, Aluminium, Zirkonium, Thorium, Yttrium, Erbium, Terbium, Cer, Lanthan, Didym, Mangan); c) M., welche das Wasser nur bei der Glühhitze od. bei Gegenwart von starken Säuren zerlegen (Eisen, Nickel, Kobalt, Zink, Zinn, Kadmium, Chrom, Vanadin); d) M., welche den Wasserdampf in der Rothglühhitze zerlegen, aber nicht das Wasser bei Gegenwart von Säuren (Wolfram, Molybdän, Osmium, Tantal, Niobium, Titan, Antimon, Tellur); e) M., welche das Wasser nur in hoher Temperatur u. in geringem Grade zerlegen (Kupfer, Blei, Wismuth); f) M., welche das Wasser unter keinen Umständen zerlegen (Silber, Gold, Quecksilber, Platin, Palladium u. wahrscheinlich Rhodium, Iridium u. Ruthenium).

Gmelin theilt die M. ein in: A) Leichte M.: a) Alkalimetalle (Kalium, Natrium, Lithium, Barium, Strontium, Calcium); b) Erdmetalle (Magnesium, Cer, Lanthan, Didym, Yttrium, Zirkonium). B) Schwere M.: a) Unedle, für sich nicht reducirbare M.: aa) spröde (Halbmetalle): aaa) schwierig schmelzbar (Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Vanadium, Chrom, Uran, Mangan); bbb) leicht schmelzbare od. verdampfbare (Arsen, Antimon, Tellur, Wismuth); [181] bb) dehnbare (vollkommen unedle) M. (Zink, Kadmium, Zinn, Blei, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer). b) Edle, für sich reducirbare M. (Quecksilber, Silber, Gold, Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Osmium, Ruthenium). Berzelius unterscheidet von den M-n der Alkalien u. Erden die M. der eigentlichen sogenannten Metalloxyde u. Metallsäuren u. trennt die letzteren in elektronegative M., als solche, deren Sauerstoffverbindungen meist Säuren sind, u. elektropositive M., welche mit Sauerstoff meistens Basen bilden.

Die gegenwärtig übliche Eintheilung der M. ist folgende: A) Leichte M.: a) Alkalimetalle (Kalium, Natrium, Lithium); sie sind leichter als Wasser, metallglänzend, bei gewöhnlicher Temperatur wachsähnlich, in der Kälte spröd; sie schmelzen unter 100° u. können bei schwacher Rothglühhitze verdampft werden, zersetzen das Wasser bei gewöhnlicher Temperatur unter Feuererscheinung u. oxydiren sich schon bei gewöhnlicher Temperatur zu Alkalien. b) M. der alkalischen Erden (Barium, Strontium, Calcium); diese sind metallglänzend, weich, schwerer als Wasser, schmelzbar bei Rothglühhitze, verflüchtigen sich erst in der Weißglühhitze, zersetzen das Wasser unter Wasserstoffentwickelung u. oxydiren sich schon bei gewöhnlicher Temperatur an der Luft zu den alkalischen Erden (Baryt, Strontian, Kalk); c) M. der eigentlichen Erden (Magnesium, Aluminium, Beryllium, Zirkonium, Yttrium, Erbium, Terbium, Thorium), sind zum Theil metallglänzend u. leicht schmelzbar, zum Theil pulverförmig u. schwer schmelzbar; zersetzen das Wasser nur beim Kochen od. bei Gegenwart einer starken Säure u. verbrennen nur bei hohen Temperaturen. Zur nächsten Gruppe, B) den Schweren M-n, machen Cer, Lanthan u. Didym den Übergang; sie zerfallen in: a) Unedle positive M. (Cer, Lanthan, Didym, Mangan, Eisen, Nickel, Kobalt, Uran, Kupfer, Zink, Kadmium, Blei, Wismuth), von denen die vier letzten leicht schmelzbar sind u. bei stärkeren Hitzegraden verdampfen; sie haben alle Metallglanz, sind sechs- bis zwölfmal schwerer als Wasser u. zersetzen dasselbe nur beim Glühen od. unter Mitwirkung einer starken Säure; an der Luft oxydiren sie sich beim Erhitzen; b) Edle M. (Quecksilber, Silber, Gold, Platin, Palladium, Iridium, Rhodium, Ruthenium, Osmium), sind wenigstens zehnmal schwerer als Wasser, meist metallglänzend, lassen sich an der Luft nicht oxydiren (außer Quecksilber, Ruthenium u. Osmium); sie bilden mit Sauerstoff schwache Basen, welche oft die Stelle von Säuren vertreten können; sie kommen alle gediegen vor, zum Theil als Sulphid, niemals als Oxyd; c) Unedle negative M. (Zinn, Antimon, Tellur, Titan, Niobium, Tantal, Wolfram, Molybdän, Vanadium, Chrom), sind spröd (außer Zinn), größtentheils streng flüssig, oxydiren sich an der Luft mit verschiedener Leichtigkeit, zersetzen das Wasser bei gewöhnlicher Temperatur nicht, auch nicht bei Gegenwart von Säuren, wohl aber in der Glühhitze. Ihre Sauerstoffverbindungen sind theils schwache Basen, die höheren sämmtlich Säuren.