Direkt zum Inhalt
Login erforderlich
Dieser Artikel ist Abonnenten mit Zugriffsrechten für diese Ausgabe frei zugänglich.

Chemie: Von salzartigen Metallen zu maßgeschneiderten Nanoteilchen

Kombiniert man Metalle, die gern Elektronen abgeben, mit solchen, die sie bereitwillig aufnehmen, entstehen ungewöhnliche Legierungen, die Charakteristika von Salzen und Metallen in sich vereinen. Die negativ geladenen Ionen darin bilden komplexe Aggregate, die sich vielfach abwandeln lassen – unter anderem zu Nanoteilchen mit exakt definiertem Aufbau und fein abstimmbaren Eigenschaften.
Na(20)Zn(8)Sn(11), Beispiel einer Zintl-Phase

Metalle und Salze unterscheiden sich schon äußerlich stark. Die einen sind völlig undurchsichtig, glänzen und lassen sich verformen, während die anderen als Kristalle mehr oder weniger transparent erscheinen und zersplittern, wenn man mit dem Hammer darauf schlägt. Metalle leiten elektrischen Strom, wogegen Salze im festen Zustand Isolatoren sind. Auch chemisch bestehen große Unterschiede. Salze sind Verbindungen – in der Regel zwischen einem Metall und einem oder mehreren Nichtmetallen –, deren Komponenten in einem festen Mengenverhältnis zueinander stehen. Metalle liegen dagegen elementar vor oder sind, wenn es sich um Legierungen handelt, homogene Gemische mit meist hochgradig variablem Anteil der Bestandteile.

Die meisten Salze lösen sich in polaren Flüssigkeiten wie Wasser. Ein bekanntes Beispiel ist Natriumchlorid, gemeinhin als Kochsalz bekannt. Das Natrium hat darin ein Elektron pro Atom an das Chlor abgegeben. In der wässrigen Lösung sowie im Salzkristall liegen deshalb positiv geladene Natrium- und negative Chloridionen vor. Diese bilden im festen Zustand ein Ionengitter, während sie in der Lösung als frei bewegliche Kationen und Anionen auftreten und deshalb elektrischen Strom transportieren können.

Metalle enthalten dagegen keine unterschiedlich geladenen Atome. Vielmehr sind die Bindungselektronen gleichmäßig über den gesamten Festkörper verteilt. Auch in gängigen Legierungen wie Bronze oder Messing gibt es nur geringe Ladungsdifferenzen zwischen den Atomen – in diesem Fall Kupfer und Zinn beziehungsweise Zink. Deshalb lassen sich Metalle in üblichen Lösungsmitteln nicht lösen.

Diese scheinbar so klare Abgrenzung der beiden Stoffklassen wurde jedoch schon Ende des 19. Jahrhunderts erschüttert, als Fortschritte in der Kühltechnik erstmals die Möglichkeit eröffneten, Ammoniak zu verflüssigen, und Chemiker feststellten, dass sich bestimmte Metalle darin auflösen. ...

Kennen Sie schon …

Spektrum - Die Woche – Rückwärts Kontakte verfolgen, um vorwärts zu kommen

Warum es »contact tracing« effektiver machen könnte, Infektionsketten rückwärts zu verfolgen, lesen Sie in dieser Ausgabe. Außerdem: Wie wird die Corona-Warn-App noch besser? Und warum die Ikojts gegen die Windkraft kämpfen.

Spektrum der Wissenschaft – Laniakea

In dieser Ausgabe widmet sich "Spektrum der Wissenschaft" Laniakea - Unser kosmisches Zuhause in einer neuen Kartografie des Weltalls. Außerdem im Heft: Ebola, Steinzeit

Spektrum neo – Expedition in die Nano-Welt

Kleidung: Wie macht man Stoffe wasserdicht? • Technik: Die tollsten Bilder aus dem Mikro-Kosmos • Umwelt: Ist Nano für uns gefährlich? Neo-Reporter fragen Experten • …

Schreiben Sie uns!

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Zuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Zuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmende sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Zuschriften können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

  • Quellen

Guloy, A. M. et al.: A Guest-Free Germanium Clathrate. In: Nature 443, S. 320 - 323, 2006

Lips, F. et al.: Doped Semi-Metal Clusters: Ternary, Intermetalloid Anions [Ln@Sn7Bi7]4– and [Ln@Sn4Bi9]4– (Ln = La, Ce) with Adjustable Magnetic Properties. In: Journal of the American Chemical Society 134, S. 1181 - 1191, 2012

Lips, F. et al.: [Pd3Sn8Bi6]4–: A 14-Vertex Sn/Bi Cluster Embedding a Pd3 Triangle. In: Journal of the American Chemical Society 133, S. 14168 - 14171, 2011

Scharfe, S. et al.: Zintl-Ionen, Käfigverbindungen und intermetalloide Cluster der Elemente der 14. und 15. Gruppe. In: Angewandte Chemie 123, S. 3712 - 3754, 2011

Stegmaier, S., Fässler T. F.: A Bronze Matryoshka: The Discrete Intermetalloid Cluster [Sn@Cu12@Sn20]12– in the Ternary Phases A12Cu12Sn21 (A = Na, K). In: Journal of the American Chemical Society 133, S. 19758 - 19768, 2011

Zintl, E. et al.: Salzartige Verbindungen und intermetallische Phasen des Natriums in flüssigem Ammoniak. In: Zeitschrift für Physikalische Chemie A154, S. 1 - 46, 1931

Bitte erlauben Sie Javascript, um die volle Funktionalität von Spektrum.de zu erhalten.