3.2. Elementare Metalle

• Beryllium kommt in zwei Modifikationen vor. Die Tieftemperatur-Form (α-Form) bildet eine hexagonal-dichte Kugelpackung (h.c.p.), die Hochtemperaturform kristallisiert in der kubisch-innenzentrierten Packung (b.c.c., W-Typ).
• Magnesium und β-Calcium bilden die hexagonal dichte Kugelpackung (h.c.p., größere Härte, da weniger Gleitsysteme).
• α-Ca und Strontium kristallisieren in der kubisch dichtesten Kugelpackung (f.c.c.) und
• Barium bildet wie die Alkalimetalle ein b.c.c.-Gitter.

Die Darstellung der Erdalkalimetalle durch wässrige Elektrolyse ist wegen der H₂-Entwicklung unmöglich; meist wird die Schmelzflußelektrolyse der Chloride oder die aluminothermische Reduktion eingesetzt. Für die einzelnen Elemente:

• Beryllium wird aluminothermisch aus BeO und BeF₂ hergestellt. Auch die chemische Reduktion mit Magnesium oder Silicium ist möglich: BeF₂ + Mg ---> 1300^oC ---> Be + MgF₂ Das hierfür erforderliche BeF₂ wird durch Rösten von Beryll mit Na₂SiF₆ gewonnen.
• Magnesium kann sowohl chemisch, als auch elektrochemisch gewonnen werden:
  • Die Schmelzelektrolyse wird bei 750 ^oC durchgeführt und dient zugleich zur Herstellung von Chlor für den Aufschluß von MgO: Elektrolyse: MgCl₂ ---> Mg + Cl₂ MgO + Cl₂ + C ---> MgCl₂ + CO Das entstehende Magnesium ist leichter als die Schmelze und schwimmt daher auf ihr.
  • Zur chemischen Reduktion wird gebrannter Dolomit mit Ferrosilicium umgesetzt: 2 MgO . CaO + FeSi ----> 2 Mg + Ca₂SiO₄ + Fe
• Calcium, Strontium und Barium werden heute durch Reduktion der Oxide mit Aluminium gewonnen. Calcium wurde früher durch Elektrolyse von CaCl₂ hergestellt.

Abb. 3.2.1. Magnesium	Abb. 3.2.2. Calcium	Abb. 3.2.3. Strontium	Abb. 3.2.4. Strontium und Barium

Eigenschaften und Verwendung der elementaren Metalle:

• Beryllium ist ein hartes Leichtmetall mit einem Schmelzpunkt von 1280 ^oC. Es hat ein größeres Elastizitätsmodul als Stahl und wird wegen seines niedrigen Neutroneneinfangquerschnitts zur Konstruktion von Kernreaktoren verwendet. Die Fenster von Röntgenröhren bestehen aus Beryllium. Cu-Be-Legierungen (Berylliumbronzen), die nur 2-3 % Beryllium enthalten, sind wie Kupfer selber gute elektrische und Wärmeleiter, zugleich aber sehr hart und zäh. Beryllium ist an Luft auch bei höherer Temperatur stabil, da sich eine Oxidschicht aus BeO bildet. Das Element und seine Verbindungen schmecken süß. Beryllium ist sehr giftig (Berylliose=Lungenschäden), kanzerogen. Die Giftwirkung beruht auf der Verdrängung von Magnesium bei zugleich stärkerer Bindung als Magnesium (CHIUZ 27, 310 (1993)).
• Magnesium schmilzt bei 650 ^oC und reagiert nicht mit H₂O, da sich eine in Wasser unlösliche Schutzschicht aus Mg(OH)₂ bildet. In Säuren ist Magnesium dagegen löslich. Magnesium ist ein Leichtmetall, Legierungen mit Aluminium sind zudem korrosionsbeständig (Dural, Dow-Metalle). Neben seinen mechanischen Eigenschaften wird das Element vor allem als Reduktionsmittel eingesetzt. Mg + ¹/₂ O₂ ---> MgO Diese Reaktion wurde zum Erzeugen von 'Blitzlicht' früher in der Fotografie eingesetzt. Sie ist mit -600 kJ/mol stark exotherm. Bei Verwendung von Luft statt reinem Sauerstoff entsteht außerdem Magnesiumnitrid Mg₃N₂.

  V: Mg-Spitzer verbrennen

• Calcium, Strontium und Barium sind luft- und feuchtigkeitsempfindlich und reagieren recht heftig mit Wasser: Ca + 2 H₂O ----> Ca(OH)₂ + H₂

  V: Reaktion von Ca, Sr und Ba mit Wasser

  Calcium wird als Reduktionsmittel bei der Chrom- und Zirkonium-Herstellung eingesetzt, während Strontium und Barium als Elemente ohne technische Bedeutung sind. Barium und seine Verbindungen sind giftig, BaCO₃ wurde als Rattengift verwendet. BaSO₄ kann wegen seiner extremen Schwerlöslichkeit dagegen als Röntgenkontrastmittel und Lebensmittelzusatzstoff verwendet werden.

Links zu anderen Fotos der Metalle:

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• Magnesium
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