Hauptgruppenmetalle

Inhaltsverzeichnis zum Thema

• Überblick Hauptgruppenmetalle
• Natrium
• Calcium
• Aluminium

Überblick Hauptgruppenmetalle

Die Hauptgruppenmetalle befinden sich in den Hauptgruppen 1, 2, 3, 4, 5 und auch 6. In den anderen Hauptgruppen gibt es nur noch Nichtmetalle. Neben den Alkalimetallen und Erdalkalimetallen gehören zu den Metallen der Hauptgruppen: Aluminium, Gallium, Indium und Thallium aus der 3. Hauptgruppe, Zinn und Blei aus der 4. Hauptgruppe, Bismut aus der 5. Hauptgruppe und Polonium aus der 6. Hauptgruppe. Es sollen hier einige Vertreter näher betrachtet werden. Dies sind Natrium, Calcium und Aluminium.

Natrium

Natrium gehört zu den Alkalimetallen (1. Hauptgruppe) und damit zu den Hauptgruppenmetallen. Sein chemisches Symbol ist Na und es befindet sich in der 3. Periode sowie an 11. Stellen im Periodensystem der Elemente (PSE).

Elementares Natrium ist bei Raumtemperatur ein wachsweiches, silberglänzendes und hochreaktives Metall. Da es an der Luft sofort mit Sauerstoff reagieren würde, wird es unter inerten Bedingungen meist in Paraffinöl oder Petroleum aufbewahrt.

Die Herstellung von elementarem Natrium gelang als erstes Humphry Davy im Jahr 1807. Er benutzte die Methode der Schmelzflusselektrolyse. Dabei diente Natriumhydroxid als Ausgangsstoff.

Natrium ist eins der zehn häufigsten Elemente der Erdhülle. Es ist in vielen Mineralien enthalten und die Ozeane weisen riesige Mengen gelösten Natriums auf. Natrium findet breite Anwendung sowohl technisch als auch im Labor. Es dient der Katalyse bei der Herstellung von synthetischem Kautschuk, als Kühlmittel, Reduktionsmittel und Trockenmittel.

Natrium-Ionen sind essentiell für alle Tiere. Es hat sehr wichtige Funktionen im Nervensystem. Die Erregung von Nervenzellen kann nur funktionieren, wenn genügend Calcium-Ionen vorhanden sind.

Calcium

Calcium ist ein Erdalkalimetall (2. Hauptgruppe). Calcium steht im PSE an der 20. Stelle und damit in der 2. Periode.

Es ist das fünfthäufigste Element der Erdhülle und kommt nur gebunden in Mineralien (Gips, Kalk) vor. Das liegt an seinem unedlen und reaktiven Charakter. Das glänzende, silberweiße elementare Calcium reagiert an Luft mit Sauerstoff und läuft dadurch dunkelgrau an. Entzündet man es, läuft die Reaktion deutlich schneller und heftiger ab. Es verbrennt unter Funkenbildung zu Calciumoxid. Die Hitze ist so groß, dass sogar Stickstoff zur Reaktion gebracht wird und Calciumnitrid entsteht.

Calcium wird verwendet für die Herstellung von gebranntem Kalk und ist damit wichtiger Rohstoff der Bauindustrie. Außerdem ist es in Kreide enthalten. Diese dient als Füllstoff in Lacken und Farben, sowie zum Schreiben und Malen. Auch bei Knochenbrüchen hilft Calcium in Form von Gips.

Calcium ist auch ein wichtiges Element für den menschlichen Körper. Der Hauptteil befindet sich in den Knochen und Zähnen. Hier verleiht das Hydroxylapatit $Ca_5(PO_4)_3OH$ ihnen Stabilität und Festigkeit. Außerdem ist Calcium überaus wichtig bei der Muskelkontraktion.

Aluminium

Aluminium ist ein Metall der 3. Hauptgruppe. Diese wird als Bor-Gruppe oder auch als Gruppe der Erdmetalle bezeichnet. Es steht in der 3. Periode an 13. Stelle im PSE. Aluminium ist das dritthäufigste Element der Erdkruste und damit das häufigste Metall. Es kommt in vielen unterschiedlichen Verbindungen vor, am schönsten anzusehen sind sicherlich das Mineral Korund, zu der der rote Rubin und der häufig blaue Saphir gehören, wie auch die Verbindung Beryll, zu der der grüne Smaragd gehört. Alle diese Schmucksteine haben einen Härtegrad von 8 und mehr.

Es ist ein unedles, reaktives Metall, das in der Natur nur in Verbindungen vorliegt. Elementares Aluminium kann mit Hilfe der Schmelzflusselektrolyse hergestellt werden. Wenn Aluminium ungeschützt an der Luft liegt, setzt die Oxidation ein. Die gebildete Oxidationsschicht ist aber im Gegensatz zu Rost (Oxidschicht des Eisens) nicht luft- und wasserdurchlässig. Eine Oxidation der darunterliegenden Schichten wird also durch die Oxidschicht verhindert. Man spricht daher auch von einer Passivierungsschicht. Diese kann durch das Eloxal-Verfahren sogar noch verstärkt werden.

Du kennst Aluminium wahrscheinlich von der Alufolie. Aluminium besitzt aber noch andere Verwendungsmöglichkeiten, abseits der Verpackungsindustrie. So ist es ein oft genutztes Baumaterial für Fahr- und Flugzeuge, da es eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht zeigt (verglichen mit Stahl). Es wird ebenfalls in der Elektrotechnik für elektrische Leiter und elektronische Bauteile verwendet. Im Schienenbau wird Aluminium im Termitverfahren benutzt, um flüssiges Eisen herzustellen, um Schienen zu reparieren.

Die gesundheitlichen Auswirkungen von Aluminium sind noch nicht zweifelsfrei geklärt. Es wird aber im Zusammenhang mit Alzheimer und auch Brustkrebserkrankungen durch Aluminium in Deos diskutiert. Es ist auch von der Aufbewahrung saurer oder stark basischer Lebensmittel in Alufolie oder Alutöpfen abzusehen, da sich dadurch Aluminium-Ionen lösen und ins Essen gelangen. Zu Langzeitfolgen, in Bezug auf Aluminium in unserem Körper, gibt es aber noch kaum Erkenntnisse.