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Vertiefung Metalle

Arsen (As)

Arsen ist ein in der Erdkruste weit verbreitetes Halbmetall. In den vergangenen Jahrzehnten hat die chemische Industrie weiten Gebrauch dieses Elements im pharmazeutischen und landwirtschaftlichen Bereich gemacht, wo es zur Herstellung von Unkrautvernichtungsmitteln benutzt wurde. Das Vorhandensein von Arsen im Grundwasser ist daher auch den großen Mengen der auf dem Boden verspritzten Unkrautvernichtungsmitteln zuzuschreiben. Arsen wird im Elektronikbereich und als Bestandteil von Metalllegierungen benutzt. Es wird auch bei der Herstellung von Pigmenten für Glasuren und bei der Herstellung von Gläsern verwendet.
Arsen kann eine akute oder eine chronische Vergiftung bewirken. Der hauptsächliche Verantwortliche der akuten Vergiftung ist das Arsentrioxid, das bei einer Dosis von 70-180 mg tödlich ist. Das fünfwertige Arsen ist etwas weniger toxisch als die dreiwertige Form und hemmt einige Enzymsysteme. Auch eine tägliche Aufnahme von kleineren Mengen kann zu Vergiftungen führen. Bei längerer Aufnahme erhöht sich das Tumorrisiko stark.

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Kupfer (Cu)

Kupfer ist ein rotbraunes, geschmeidiges und formbares Metall. Es ist ein optimaler elektrischer Leiter und findet breite Anwendung in Elektrokabeln. Es wird in einer weiten Palette von Legierungen (Messing, Bronze, Neusilber) verwendet. Es hat eine starke antibakterielle Wirkung. Der Körper eines Erwachsenen enthält im Mittel 100 mg Kupfer, der meiste Teil davon im Skelett. Es ist auch bei der Bildung von roten Blutkörperchen beteiligt. Kupfermangel ist relativ selten und bedeutet verlangsamtes Wachstum, Anämie (Mangel an roten Blutkörperchen), Pigmentmangel in den Haaren und den Geweben, Störungen des Zentralnervensystems und Schwächung der Immunabwehr. Langfristig können sich besonders bei Kindern Leber- und Nierenschäden ergeben.

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Eisen (Fe)

Es wird geschätzt, daß Eisen das vierthäufigste Element auf der Erdoberfläche ist. Die Eisenkonzentration in den verschiedenen Erdschichten nimmt mit der Tiefe zu. Eisen ist silberfarben, geschmeidig und formbar. Es ist schwierig, es in der Natur in reiner Form zu finden. Es wird aus seinen Mineralien, hauptsächlich Hämatit (Fe2O3) und Magnetit (Fe3O4), durch Reduktion mit Kohle im Hochofen bei ungefähr 2000 °C gewonnen. Eisen wird zur Produktion von Gußeisen und Stahl verwendet. Letzterer stellt die industrielle Hauptanwendung dieses Metalls dar. Eisenverbindungen sind in als Tonika und zur Anämiebehandlung verwendeten Medikamenten enthalten, wenn die Hämoglobinmenge oder die Anzahl der roten Blutkörperchen im Blut unter der Norm liegt.
Das Eisen bildet Verbindungen, in denen es in den Oxidationsstufen +2 (Ferro-Verbindungen) und +3 (Ferri-Verbindungen) vorliegt. Die wichtigste Verbindung des zweiwertigen Eisens ist das Eisensulfat (FeSO4), ein hellgrünes Salz, das in der Färberei als Beize, in der Medizin als Tonikum und in der Tinten- und Pigmentindustrie verwendet wird. Das Eisen(III)-oxid, ein rotbraunes, amorphes Pulver wird als Pigment (Eisenrot oder Venezianischrot), als Polier- und Schleifmittel und als magnetisierbares Medium in Magnetbändern und Speicherplatten benutzt. Das Eisen(III)-chlorid, eine kristalline, dunkelgrüne Substanz, die man durch Erwärmen von Eisen mit Chlor erhält, wird als alkoholische Lösung unter dem Namen Eisentinktur angewendet..

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Mangan (Mn)

Das Mangan ist für die Produktion von Inoxstahl unersetzlich. Es wird auch zur Entfärbung von Glas benutzt. Eine seiner Verbindungen, das Kaliumpermanganat, wird in der Chemie als Oxidationsmittel und in der Medizin als Desinfektionsmittel benutzt. Mangan ist ein für unseren Stoffwechsel wichtiges Element. Es ist unter anderem an der Bildung von Knorpel- und Knochengewebe, an der Glukoseneubildung aus Aminosäuren in der Leber bei Nahrungsmangel, am Harnstoffstoffwechsel, an der Funktion der Bauchspeicheldrüse und an der Insulinproduktion beteiligt. Die chronische Vergiftung verursacht eine Gehirnentzündung mit Parkinsonähnlichen Symptomen. Manganvergiftungen betreffen vor allem die Industrien, in denen Mangan verwendet wird, und sind im Übrigen sehr selten.

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Blei (Pb)

Blei ist ein sehr weiches und formbares Schwermetall. In der Natur tritt es im allgemeinen in Gesellschaft von Zink, Silber und Kupfer auf. Die Fähigkeit, sich im Wasser zu lösen, hängt von vielen Einflüssen wie dem pH, der Temperatur und der Wasserhärte ab. Da man in den letzten Jahren die Verwendung von Blei im Benzin für den Kraftverkehr aufgegeben hat und, ganz allgemein, der Gebrauch dieses Elements in der Industrie begrenzt wurde, ist der Gehalt des Bleis in Lebensmitteln und in der Luft im Rückgang. Daraus ergibt sich, daß die Aufnahme dieses Elements im Moment gerade aus dem Wasser im Verhältnis am höchsten ist. Blei wird zur Herstellung von Batterien und Schweißlegierungen verwendet. Seine organischen Verbindungen (Tetraethylblei) wurden als Antiklopfmittel für Benzin eingesetzt.

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Selen (Se)

Selen ist in der Erdkruste ein relativ seltenes Element und meistens mit Schwefel vergesellschaftet. Für den Industriegebrauch wird das Selen hauptsächlich aus den Nebenprodukten der Kupferherstellung extrahiert. Das von den Metall-, Eisen- und Koksindustrien emittierte Selen kann durch den Regen ins Wasser transportiert werden. Selen findet weite Verwendung in der Halbleiterindustrie wegen seiner besonderen elektrischen Eigenschaften, außerdem wird es in der Glasindustrie zur Herstellung roter Gläser benutzt. Die empfohlene tägliche Menge beträgt 55 µg/Tag beim Erwachsenen. Die Aufnahme von mehr als 400 µg am Tag kann im Gegensatz dazu eine Selenvergiftung verursachen. Der Großteil der Selenverbindungen ist wasserlöslich und wird im Darm absorbiert. In großen Mengen (Aufnahme von über 3 mg/Tag) ist es sehr giftig und kann Leberschäden, Magendarmstörungen, Kopfschmerzen, Haarausfall, periphere Nervenerkrankungen und Schäden am Blutkreislauf verursachen.

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Antimon (Sb)

Antimon ist ein Halbmetall. Der Antimongehalt in der Erdkruste wird auf 0,2 bis 0,5 mg/kg geschätzt. Antimon wird zur Herstellung von Farben, Lacken, Keramiken und Gummis, sowie einer weiten Skala an Metalllegierungen benutzt (z.B. zusammen mit Zinn zum Schweißen, in Legierung mit Blei bei der Herstellung von Drucklettern). Es findet ausserdem Anwendung in der Halbleiterindustrie.
Die Aufnahme mit der Nahrung wird für Erwachsene auf 0,02 mg/Tag geschätzt. Es ist zu erwarten, daß sich die Exposition mit Antimon erhöhen kann, wo die Schweißungen mit Antimon-Zinn diejenigen mit Blei ersetzen. In hohen Konzentrationen ist es bei Aufnahme in den Organismus ein toxischen Element.

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Zink (Zn)

Zink ist ein mäßig reaktives Metall, das in der Erdkruste in beachtlichen Mengen vorhanden ist. Es ist das vierthäufigst gebrauchte Metall in der Industrie. Zink wird in Legierungen zum Schweißen und im Gold- und Silberhandwerk benötigt. Die Legierung mit Zink ist unter dem Namen Messing bekannt. Zinkoxid wird als Weißpigment in Farben und Lacken verwendet. Als Spurenelement im menschlichen Körper ist es das häufigste nach Eisen. Zink ist auch Bestandteil des Insulins, einiger Eiweiße und Enzyme und spielt eine wichtige Rolle bei der Immunabwehr. Metallisches Zink ist nicht giftig, aber es existiert ein Gieß- oder Metallfieber genanntes Symptom, das beim Einatmen von gerade gebildetem Zinkoxid auftreten kann. Ein übertriebener Beitrag von Zink zur Ernährung kann Mangel an anderen Spurenelementen bewirken, vor allem an Kupfer mit den entsprechenden damit verbundenen Symptomen (hypochrome Anämie, also eine Form der Blutarmut bei der die roten Blutkörperchen zu wenig Hämoglobin enthalten).

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Natrium (Na)

Natrium ist ein silbrig-weißes Metall, das an frisch geschnittenen Flächen glänzt, wo sich jedoch an der Luft rasch eine weiße Schicht aus Oxyd, Hydroxyd und Karbonat bildet. Natrium-Verbindungen sind fast immer weiß und normalerweise stark wasserlöslich. Einige davon, wie beispielsweise das üblicherweise als Ätznatron bezeichnete Hydroxyd  NaOH, das als Soda bekannte Karbonat Na2CO3 und das aus Natriumchlorid NaCl bestehende Meersalz besitzen hohe praktische und technische Bedeutung. Im Kontakt mit Wasser erfolgt eine heftige Reaktion, bei der sich Wasserstoff entwickelt. Die bei dieser Reaktion entstehende Hitze ist so hoch, dass der Wasserstoff sich entzündet: wegen dieser Eigenschaft wird metallisches Natrium unter Petroleum verwahrt, um den Kontakt mit der Feuchtigkeit und dem Sauerstoff der Atmosphäre zu verhindern.

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Uran (U)

Uran ist ein silbrig-weißes, radioaktives, dehn- und verformbares Metall. Es ist in der Natur nicht im freien Zustand, sondern nur in Form von Oxyden oder komplexen Salzen anzutreffen. Reines Uran besteht zu mehr als 99% aus dem Uran-Isotop 238, zu weniger als 1% aus dem Uran-Isotop 235 und aus Spuren von Uran 234. Nach der Entdeckung der Kernspaltung wurde es vorwiegend als Brennstoff für die Erzeugung von Energie in Kernzentralen und zur Herstellung von Nuklearwaffen eingesetzt.  Zur Verwendung als Brennstoff für Kernreaktoren muss Uran mit dem Uran-Isotop 235 angereichert werden. Das Uran-Isotop 238 wird in der Mineralogie zur Datierung von Magmagestein verwendet. Dank seines hohen spezifischen Gewichts findet es auch Anwendung als Ballaststoff für Flugzeuge, Hubschrauber und in einigen Regatta-Segelbooten. Es wird allgemein für medizinische Anwendungen verwendet (Strahlungsschirme).

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