Metalle und Salze

Metalle und Salze sehen auf den ersten Blick ähnlich aus: Beide sind fest, beide haben hohe Schmelzpunkte, beide bilden regelmäßige Kristalle. Innen sind sie aber völlig unterschiedlich gebaut, und daraus folgen alle Eigenschaften, die du im Unterricht prüfst. Im Metall stehen ausschließlich positiv geladene Metallionen an festen Plätzen. Ihre Außenelektronen haben sie abgegeben, gehören aber keinem einzelnen Atom mehr, sondern wandern frei durch das gesamte Gitter.

Diese beweglichen Elektronen nennt man das Elektronengas. Sie erklären zwei Dinge gleichzeitig. Erstens leiten Metalle Strom und Wärme sehr gut, denn Ladung und Energie werden von den wandernden Elektronen weitergegeben. Zweitens lassen sich Metalle verformen: Verschiebt man eine Schicht Metallionen gegen die nächste, halten die Elektronen das Gitter weiterhin zusammen. Ein Kupferdraht reißt deshalb nicht, er biegt sich.

Im Salzgitter sitzen dagegen abwechselnd positive und negative Ionen. Jedes Ion ist von Nachbarn mit entgegengesetzter Ladung umgeben, und genau diese Anziehung hält den Kristall zusammen. Verschiebt man hier eine Schicht, geraten plötzlich gleich geladene Ionen nebeneinander. Sie stoßen sich ab und der Kristall zerspringt. Ein typischer Fehler ist die Aussage, Salze leiteten keinen Strom. Richtig ist: Als fester Kristall nicht, weil die Ionen festsitzen, in Wasser gelöst oder als Schmelze aber sehr gut.

Ein Salzgitter entsteht, wenn ein Metall mit einem Nichtmetall reagiert und dabei Elektronen von einem Atom zum anderen übergehen. Natrium hat ein einzelnes Außenelektron, das es leicht abgibt, dabei entsteht ein positiv geladenes Na+-Ion. Chlor braucht dagegen nur ein zusätzliches Elektron, um eine stabile Elektronenanordnung zu erreichen, und nimmt das abgegebene Elektron auf, wodurch ein negativ geladenes Cl--Ion entsteht.

Diese entgegengesetzt geladenen Ionen ziehen sich elektrisch an. Weil aber jedes Ion von mehreren Nachbarionen umgeben ist, entsteht kein einzelnes Ionenpaar, sondern ein ausgedehntes, regelmäßiges Kristallgitter. Bei NaCl ist jedes Na+-Ion von sechs Cl--Ionen umgeben und umgekehrt. Diese starke, allseitige Anziehung erklärt, warum Salze so hohe Schmelzpunkte haben – bei NaCl etwa 801 °C.

Metalle begegnen dir überall dort, wo Stabilität und Leitfähigkeit gefragt sind: Kupfer in Stromkabeln, Eisen und Stahl in Werkzeugen und Konstruktionen, Aluminium in Getränkedosen und Fahrradrahmen. Ihre Verformbarkeit macht sie zu idealen Werkstoffen, die sich walzen, biegen und schmieden lassen, ohne zu brechen.

Salze sind dagegen vor allem in gelöster Form wichtig. Kochsalz würzt nicht nur Essen, sondern liefert dem Körper auch lebensnotwendige Na+- und Cl--Ionen für Nerven und Muskeln. Streusalz im Winter senkt den Gefrierpunkt von Wasser, weil die gelösten Ionen die Eisbildung stören. In Batterien und Akkus sorgen gelöste oder geschmolzene Salze überhaupt erst für die nötige Ionenleitung zwischen den Elektroden.

Ein häufiger Fehler ist, wie eingangs erwähnt, zu glauben, Salze leiteten grundsätzlich keinen Strom. Richtig ist: Im festen Kristall sitzen die Ionen fest und können nicht wandern, deshalb leitet festes Salz nicht. Gelöst in Wasser oder geschmolzen werden die Ionen dagegen beweglich und der Stoff leitet gut. Ein zweiter Fehler ist, die Formeleinheit eines Salzes falsch aufzustellen, weil die Ladungen nicht ausgeglichen wurden – wie bei MgCl2 statt dem falschen MgCl.

Auch wird oft übersehen, dass Metallglanz und elektrische Leitfähigkeit denselben Ursprung haben: das Elektronengas. Wer die Frage bekommt, warum Metalle glänzen, kann darauf verweisen, dass die frei beweglichen Elektronen Licht reflektieren, ähnlich wie sie auch Strom und Wärme weiterleiten.