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DER METALLCHARAKTER DER ELEMENTE: Es gibt eine Reihe von Elementen, die in ihren Eigenschaften irgendwo zwischen den spröden, isolierenden, schlecht wärmeleitenden Nichtmetallen und den elektrisch und die Wärme leitenden, dehnbaren Metallen liegen. Streng genommen, stellt jedes der 118 Elemente nichts anderes als eine Übergangsform zwischen gasförmigem, isolierendem Nichtmetall und hochsiedendem, leitenden Metall dar. So kann man z.B. diesen Übergang in folgender Reihe einmal schrittweise beobachten; die 118 Elemente wurden dabei nach steigender Zunahme ihres Metallcharakters in neun Gruppen unterteilt: GRUPPE 1 (ATOMARE NICHTMETALLE): Die Edelgase und Helium. Sie stellen einatomige, gasförmige Elemente dar. Zwischen ihren einzelnen Atomen herrschen nur die Anziehungskräfte, die sie dank ihrer Atommasse mit sich bringen. Diese Kräfte nennt man auch die Van-Der-Waals-Kräfte. Sie sind sehr schwach, weswegen diese Elemente beinahe gleiche Schmelz- wie Siedepunkte besitzen. Ihre Siedepunkte liegen weit unterhalb 0°C. Mit anderen Worten: Sie haben im Festzustand allesamt Gitterstrukturen, die durch sehr wenig Energie-Aufwand zerstört werden können. Dies macht sie zu den nichtmetallischsten Elementen im PSE, welche im Festzustand allesamt farblos erscheinen, und elektrische Isolatoren darstellen. In bezug auf die Leitfähigkeit klammert sich bei dieser Betrachtungsweise das Helium aus; es hat im flüssigen und festen Zustand (<-272,2°C) Supraleitfähigkeit, verhält sich aber von seiner Erscheinung wie die festen Edelgase als farbloser Stoff. GRUPPE 2 (BIMOLEKULARE NICHTMETALLE): Wasserstoff, Fluor, Chlor, Brom, Sauerstoff, Stickstoff. Diese gasförmigen, tiefsiedenden Elemente stellen die erste Stufe im Übergang vom Nichtmetall zum Metall dar: Sie kommen nicht mehr atomar, sondern molekular vor. Alle diese Gase existieren als Moleküle, die sich jeweils aus zwei Atomen bilden. Wie bei den Edelgasen herrscht auch zwischen diesen Molekülen nur Van-Der-Waals-Kräfte; da die Masse ihrer Teilchen dank molekularen statt atomaren Auftretens jedoch ungleich größer ist, sieden diese im Allgemeinen etwas höher als die Edelgase, und haben auch - bis auf den Wasserstoff - einen größeren Flüssigkeitstemperaturbereich. Im Festzustand sind alle diese Nichtmetalle weiße, pulverförmige, elektrisch isolierende Stoffe. GRUPPE 3a (OLIGOMOLEKULARE NICHTMETALLE): Schwefel, rotes Selen, weißer Phosphor, gelbes Arsen. Sie sind die nächste Stufe vom Nichtmetall zum Metall. Ebenso wie die Elemente unter Punkt 2, bilden auch sie kleinste Einheiten aus Molekülen. Jedoch bestehen diese Moleküle, aus mehr als zwei Atomen. So ist der weiße Phosphor und das gelbe Arsen ein Molekül aus jew. vier Atomen (P4, As4), beim Schwefel und dem roten Selen sind es derer acht (S8, Se8). Da Kovalenzbindungen ja nichts anderes sind, als die gemeinsame Zugehörigkeit eines oder mehrerer Elektronen zu zwei oder mehreren Atomen, und eine Metallbindung daraus besteht, das alle Valenzelektronen allen Metallatomen zugleich angehören, liegen in diesen Molekülen bereits deutliche "Metallbindungs"anteile vor: Relativ viele Elektronen sind zwischen einigen Atomen (die zusammen jedoch noch eine geschlossene, isolierte Einheit als Molekül bilden) frei beweglich. So erscheinen diese Nichtmetalle verschieden gefärbt, jedoch stets ohne Metallglanz und auch ohne elektrische Leitfähigkeit. GRUPPE 3b (POLYMOLEKULARE NICHTMETALLE): Der Diamant, schwarzes Antimon, violetter Phosphor. Hier treten jetzt bereits immens viele Atome über drei bis vierfach koordinierte Bindungen zu sehr großen Molekülen zusammen. So ist der Diamant streng genommen ein einziges Riesenmolekül; der violette Phosphor und das schwarze Antimon stellen lange Ketten aus miteinander verbundenen Atomen dar. Doch sind die Elektronen der Bindungen bei alle den genannten Elementmodifikationen streng zwischen zwei Atomen in Kovalenzbindung fixiert. Zu Übergängen auf dritte Atome kommt es dabei höchst selten (schwarzes Antimon) oder gar nicht (Diamant, violetter Phosphor). Siehe hierzu im Schaubild das Feld links unten (Kohlenstoff, C). Diese nichtmetallische Stoffgruppe erscheint farblos, bunt oder schwarz, jedoch niemals mit Metallglanz. DIE ELEMENTSYMBOLE ZU DEN ELEMTEN, DIE AUSSCHLIESSLICH MODIFIKATIONEN DIESER ERSTEN DREI KATEGORIEN BESITZEN, WURDEN IN DIESEM PSE IN ROTER FARBE DARGESTELLT. GRUPPE 4a (EINDIMENSIONALE HALBLEITER): Das Iod. Obwohl dieses Element genau wie die Gase Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff usw. in zweiatomigen Molekülen auftritt, zeichnet sich bei ihm ebenfalls ein Übergang zum metallischen Zustand ab: Durch die doch schon beträchtliche Atomgröße die das Iod besitzt, ist das gemeinsame Bindungselektron recht weit vom Atomkern entfernt. Dadurch kommt es immer wieder einmal vor, daß einzelne Moleküle sich umlagern: Das heißt, das die Bindungen, die mal zwischen Atom A+B, C+D usw. besteht, so umklappt, daß sich dann Atom A+C und B+D verbunden haben. Auch hier gehören dann relativ viele Elektronen wenigen Molekülen an. Bewegliche Elektronen sind vor allem für den Metallglanz verantwortlich. Während dieser Effekt noch beim Brom recht selten ist, ist er beim Iod schon so häufig, daß dieses Element im Festzustand bereits einen metallischen Glanz besitzt. Iod leitet entlang einer Kette den elektrischen Strom. GRUPPE 4b (ZWEIDIMENSIONALE HALBLEITER): Bor, Graphit und schwarzer Phosphor. Bei diesen Stoffen liegen ebenfalls Riesenmoleküle vor. Jedoch nicht ein einziges, sondern dicht in Schichten gepackt mehrere übereinander. Zwischen den Schichten "springen" Bindungselektronen hin und her. Damit ist die Schwelle zu den Metallen erreicht: Diese Elementmodifikationen besitzen echte elektrische Leitfähigkeit in Schichtebene und haben - wenn auch sehr dunklen - Metallglanz. ELEMENTSYMBOLE VON ELEMENTEN, DIE MODIFIKATIONEN BESITZEN, DEREN EIGENSCHAFTEN NACH SIE DER GRUPPE 4a ODER 4b ZUGEHÖRIG SIND, WURDEN IN OCKERFARBE DARGESTELLT. GRUPPE 5 (DREIDIMENSIONALE HALBLEITER): Silicium, Germanium, Arsen, graues Selen, Tellur, Astat und Ununseptium: Diese Elemente stellen Riesenmoleküle in der Form des Diamanten dar (siehe im Schaubild Mitte (Si/Ge) ). Auch hier sind noch ganz vorwiegend die jeweiligen Bindungselektronen zwischen zwei Atomen fixiert. Doch dank der großen Atomradii dieser Elemente im Verhältnis zur Kernladung, ist es nicht allzu selten der Fall, daß Elektronen auf Nachbaratome übergehen. Diese Elemente haben allesamt eine schlechte elektrische Leitfähigkeit, die jedoch bei Erwärmung stark zunimmt. Diese Elemente bezeichnet man umgangssprachlich als Halbmetalle. Alle diese Elemente haben eine Schmelzanomalie wie das Wasser: Sie dehnen sich beim Erstarren aus. Die Halbmetalle sind allesamt sehr spröde, schlecht verformbar, haben aber einen grauen bis silberweißen Metallglanz. DIE ELEMENTSYMBOLE DER ELEMENTE, DIE DER 5.GRUPPE ZUGEHÖRIG SIND, UND DARÜBERHINAUS KEINE (NICHT)METALLISCHE MODIFIKATIONEN AUFWEISEN, WURDEN IN DIESEM PSE BRAUN DARGESTELLT. GRUPPE 6 (METALLE MIT HALBLEITEREIGENSCHAFTEN): Antimon, Wismut, Zinn, Gallium und Plutonium. Diese Metalle sind mäßige elektrische Leiter, die bei tiefen Temperaturen auch noch halbmetallische Modifikationen besitzen; bzw. einzelne nichtmetallische Eigenschaften aufweisen. So ist das Antimon zwar ein recht guter elektrischer Leiter mit hellem Metallglanz, jedoch kann es im Mörser - wie Schwefel - gepulvert werden. Das Wismut ist zwar recht duktil, es teilt sich mit dem Antimon und den Halbmetallen (GRUPPE 5) noch die Schmelzanomalie, weswegen es von manchen Chemikern ebenfalls noch als Halbmetall angesehen wird. Ebensolche Schmelzanomalien weisen auch Gallium und Plutonium auf. Die elektrische Leitfähigkeit dieser Elemente nimmt beim Erhitzen noch deutlich zu, bevor sie erst bei recht hohen Temperaturen (meist erst kurz unterhalb des Schmelzpunktes) wieder abnimmt. ELEMENTSYMBOLE ZU ELEMENTEN DER GRUPPE 6 WURDEN IM PSE MIT DUNKELGRAUER FARBE DARGESTELLT. GRUPPE 7 (METALLE MIT DEUTLICHEN KOVALENZBINDUNGSANTEILEN): Metalle mit vorhandenen kovalenten Bindungsanteilen, jedoch eindeutigem Überwiegen des Metallbindungscharakters. Zu dieser Gruppe zählen die meisten Metalle der Hauptgruppenelemente außer den Alkali- und Erdalkalimetallgruppe (p-Block), Übergangsgruppen (d-Block, f-Block) mit Ausnahme der Kupfergruppe sowie Zink und Cadmium. Zwischen vielen delokalisierten (= nicht zwischen zwei Atomen festgelegten) Elektronen finden sich noch "echte" Bindungselektronen. Ein gewisser kovalenter Bindungsanteil in einem Metallgitter ist für einen hohen Schmelz- und Siedepunkt verantwortlich, die höchstsiedenden Metalle überhaupt (Rhenium, Wolfram, Tantal usw.) gehören hierher. Beim Erwärmen kommt es nur noch zu einer leichten Zunahme, in den meisten Fällen jedoch zu einer Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit, in allen Fällen wird jedoch das Leitfähigkeitsmaximum deutlich unterhalb des Schmelzpunktes erreicht. GRUPPE 8 (METALLE MIT GERINGEN KOVALENZBINDUNGSANTEILEN): Hier liegen (beinahe) alle Valenzelektronen im Leitungsband. Zu dieser Gruppe zählen die niederen Homologen des s-Blocks (Alkalimetalle Lithium und Natrium, Erdalkalimetalle Beryllium, Magnesium und Calcium), die d-Block-Elemente Kupfer, Silber, Gold, Zink und Cadmium. Alle diese Elemente zeichnen sich durch - in Relation zu den Metallen der Gruppe 7 betrachtet - niedrigere Schmelzpunkte und eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit aus (Silber bildet hier die Superlative). Die Leitfähigkeit nimmt mit dem Erhitzen in allen Fällen ab, beim Abkühlen unter Raumtemperatur weiter zu. GRUPPE 9 (METALLE MIT REINER METALLBINDUNG): Metalle ohne kovalenten Bindungsanteil. Zu dieser Gruppe gehören nur ganz wenige Elemente, wie die höheren Alkali- und Erdalkalihomologe (Kalium, Rubidium, Cäsium, Francium, bzw. Strontium, Barium und Radium, ferner noch Lanthan und Actinium). Sie sind allesamt gute elektrische Leiter, jedoch insgeamt schlechter leitend als die Metalle der Gruppe 8. ELEMENTSYMBOLE, DEREN ELEMENTE AUSSCHLIESSLICH MODIFIKATIONEN BESITZEN, DIE IHREN EIGENSCHAFTEN NACH IN DIE GRUPPEN 7-9 ZUGEORDNET WERDEN KÖNNEN, WURDEN IM PSE MIT HELLGRAUER FARBE GESCHRIEBEN. Eine weiterer Sachverhalt wird durch die Klassifizierung der Elemente in diese neun Gruppen ersichtlich: Konform mit der Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit, und der damit verbundenen Bereitschaft, Elektronen abzugeben, nimmt auch die Bildungstendenz echter Ionenbindungen von Gruppe 1 zu Gruppe 9 stetig zu. Erwartungsgemäß bilden die Elemente der Gruppen 2-5 mit - auch stark elektronegativen Nichtmetallen (F, O, N, Cl) also keinerlei Ionenverbindungen (Salze), jene der höheren Gruppen in zunehmenden Maße. BESONDERES: Hier wurde ersichtlich, daß der Begriff "Halbmetall" auch eine Definitionssache ist. Je nach Kriterium stellt diese Stoffgruppe zwischen sieben (Silicium, Germanium, Arsen, Selen, Tellur, Astat, Ununseptium) und weiteren sechs (Bor, Gallium, Antimon, Wismut, Polonium, Plutonium) Elementen dar. In diesem PSE sind daher die Elemente nicht bloß in die drei "klassischen" Stoffgruppen der Nichtmetalle, Halbmetalle und Metalle gegliedert, sondern nach der obigen Klassifizierung in fünf Stoffgruppen: Echte Nichtmetalle (rot, Gruppen 1-3), Nichtmetalle mit einer halbmetallischen Modifikation oder Metallglanz (Gruppe 4) (ocker), "Halbmetalle" (Gruppe 5) (braun), Metalle mit halbmetallischen Modifikationen oder Metalle mit einzelnen Nicht(Halb-)metalleigenschaften (Gruppe 6) (dunkelgrau), "echte" Metalle (Gruppen 7-9) (hellgrau). Diese Einteilung in fünf Stoffgruppen anstelle von drei hält der Autor für sinnvoller, da er dem jeweiligen Betrachter die subjektive Entscheidung über die Klassifizierung noch selber überläßt.