Metalle

Ob bei Schmuck, Autos, Fernsehen oder Mobilfunkgeräten - zahlreiche Metalle als Werkstoffe ermöglichen modernste Technik und Fortschritt. Etwa 80 Prozent aller chemischen Elemente im Periodensystem sind Metalle. In dieser Produktion werden grundlegende Kenntnisse über die Eigenschaften der Stoffgruppe, Gewinnung, Verarbeitung und Verwendung von Metallen vermittelt. Ebenso wird auf die Leitfähigkeit und Reaktionen von Metallen eingegangen.

Metalle werden in Eisen- und Nichteisenmetalle unterschieden. Zu Eisenmetallen zählen Gusswerkstoffe und Stähle, zu Nichteisenmetallen Leichtmetalle und Schwermetalle. Einige Materialeigenschaften verbinden alle Metallsorten, etwa, dass sie verformbar sind und ab einer gewissen Temperatur flüssig werden. Metall wird aus Erzen gewonnen. Der Film zeigt die einzelnen Stufen, die dafür notwendig sind, und erklärt die Aufbereitung, die Reduktion, die Raffination und die Legierung. Es werden Beispiele für die verschiedenen Metallarten genannt und ihre spezifischen Materialeigenschaften erklärt. Vor allem Kupfer, Blei, Messing, Edelmetalle und Aluminium werden näher beleuchtet. Es wird hervorgehoben, warum zahlreiche Metalle wichtige Werkstoffe für unterschiedliche Industriezweige sind.

Eisen ist ein Schwermetall: Es hat eine hohe Dichte. Der Film zeigt, wie Eisen mittels Metallurgie beziehungsweise Verhüttung aus Eisenerz gewonnen wird: Bei der Aufbereitung wird das taube Gestein entfernt. Die Erzbrocken werden zerkleinert und sortiert, und das Eisenoxid wird im Hochofen durch Sauerstoffentzug reduziert. Raffination entfernt den Kohlenstoff. Wird ein anderes Metall hinzugemischt, entsteht eine Legierung. So entstehen Stähle und Gusswerkstoffe. Letztere sind korrosionsbeständig und gute Wärmeleiter. Sie haben einen niedrigen Schmelzpunkt. Baustahl ist korrosionsanfällig. Alles, was für die Ewigkeit gebaut werden soll, kann aus Vergütungsstahl hergestellt werden, der durch gezielte Umwandlungshärtung an Festigkeit gewonnen hat, und Edelstahl hat einen hohen Reinheitsgrad.

Die Gruppe der Nichteisenmetalle umfasst Schwermetalle und Leichtmetalle. Der Film zeigt an zahlreichen Beispielen, wie unterschiedlich die Materialeigenschaften der einzelnen Metalle sein können. Es ist die Vielfalt an Eigenschaften, die die Metalle für die Industrie so unersetzlich macht. Zu den Schwermetallen zählen Edelmetalle, Blei und Wolfram. Der Film gibt verschiedene Beispiele für den Einsatz letzterer. Er erklärt, wie die Materialeigenschaften der Metalle durch Legierungen gezielt verändert werden können und nennt für einige Metalle die häufigsten Legierungen. Kupfer und Messing werden hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeiten betrachtet, und auch das Leichtmetall Aluminium wird samt seiner Materialeigenschaften und seiner vielen Verwendungsmöglichkeiten vorgestellt.

Manche Metalle werden als edel beizeichnet, andere nicht. Der Film macht an Versuchen deutlich, dass manche Metalle Elektronendonatoren sind. Ihre Elektronen verbinden sich mit den Ionen der umgebenden Stoffe, die zu Atomen werden und sich am Metall absetzen. Dabei wird auch die Fällungsreihe erklärt.

Was haben Lithiumakkus, Kochsalz und Feuerwerksraketen gemeinsam? Sie alle enthalten Verbindungen der Alkalimetalle. Alkalimetalle sind Mitglieder der ersten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Zu dieser Gruppe gehören Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Franzium. In diesem Film werden die Vertreter dieser Elementfamilie etwas genauer vorgestellt, ihre Eigenschaften miteinander verglichen, das chemische Verhalten untersucht und gezeigt, wo diese chemischen Verbindungen im Alltag auftauchen. Ebenso wird die Verwendung von Alkalimetallen in der Industrie gezeigt.
Zusatzmaterial:
45 Arbeitsblätter in Schüler- und Lehrerfassung;
20 Testaufgaben;
8 interaktive Arbeitsblätter;
5 MasterTool-Folien.

Zur ersten Hauptgruppe des Periodensystems gehören außer dem Wasserstoff auch die sechs Alkalimetalle Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Francium. Der Film erklärt ihre Eigenschaften und ihr natürliches Vorkommen und zeigt auf, welche von ihnen in Wissenschaft und Medizin Einsatz finden.

Erdalkalimetalle sind nach Alkalimetallen die reaktionsfreudigsten Elemente und kommen in der Natur nur gebunden vor. Zu ihnen zählen Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und Radium. Der Film zeigt ihre Eigenschaften und Verwendbarkeit ebenso wie ihre Wichtigkeit für die menschliche Gesundheit.

In 3 Kapiteln werden folgende s-Block-Elemente vorgestellt.
1. WASSERSTOFF (9:53 min)
2. ALKALIMETALLE (01.04 min)
3. ERDALKALIMETALLE (10:44 min).

Da Aluminium ein sehr leichtes und biegsames Metall ist, wird es gern zu Folien oder Blechen verarbeitet. Sein geringes Gewicht macht es in der Luft- und Raumfahrt unersetzlich. Seine hohe Wärmeleitfähigkeit prädestiniert es für die Herstellung von Kochgeschirr, und da es auch Strom gut leitet, findet es in der Elektrotechnik Einsatz. Auch Getränke- und Konservendosen werden aus Aluminium hergestellt. Es wird überall im Alltag verwendet. Aluminium ist das dritthäufigste Element in der Erdkruste, auch wenn es nur selten in elementarer Form vorkommt. Es ist feuchtigkeitsbeständig, da sich im Freien schnell eine schützende Oxidschicht bildet. Der Film zeigt, wo das Element im Periodensystem steht und nennt die Atommasse. Es wird gezeigt, wie Aluminium mit anderen Metallen feste Legierungen ergibt.

Aluminium zählt zu den Leichtmetallen. Es ist leicht zu bearbeiten und kann gut zu Folien und Blechen ausgewalzt werden, weshalb es zum Beispiel viel zu Dosen verarbeitet wird. Seine Leichtigkeit in Verbindung mit seiner Haltbarkeit macht Aluminium in der Luft- und Raumfahrt unersetzlich. Wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit wird es auch viel zu Kochgeschirren verarbeitet. Aluminium kommt in der Erdrinde am häufigsten vor. Es ist reaktionsfreudig – wird es der Luft ausgesetzt, bildet sich schnell eine Oxidschicht, die es korrosionsbeständig macht. Daher kann es in Außenbereichen eingesetzt werden. Aluminium ist außerdem ein guter thermischer Leiter und findet Verwendung in der Elektroindustrie. Es gibt spezielles Werkzeug zur Bearbeitung von Aluminium, doch Schweißen zum Beispiel ist schwierig.

Aluminium ist dabei, Eisen und Stahl immer weiter zu verdrängen, da es einen energiesparenden Leichtbau bei Flugzeugen und Verkehrsmittel aller Art ermöglicht. Aluminium ist widerstandsfähig gegen Witterungseinflüsse, es rostet nicht und eignet sich daher auch für alle Teile, die Wind und Wetter ausgesetzt sind. Dabei hat Aluminium eine edel wirkende Oberfläche, die es als Material für das Wohndesign empfiehlt. Das Medium zeigt unter anderem die Redoxreaktion und erklärt warum Aluminium nicht rostet. Es zeigt Versuchsreihen der Reaktionen von Aluminium mit Säuren und Laugen, beschäftigt sich mit den verschiedenen Bindungsarten und der Oberflächenbehandlung.

Ausgehend vom Rohmaterial Aluminiumoxid wird die Funktion einer Elektrolysezelle gezeigt und erklärt. Die weißpulvrige Tonerde wird mit hohem Energieaufwand geschmolzen und mittels Elektrolyse in Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 99,9 % gewandelt. Da Aluminiumoxid erst bei über 2000 Grad Celsius schmelzen würde, nutzt man das Mineral Kryolith als Lösungsmittel. Die verschiedenen Legierungen verändern die Eigenschaften des Aluminium und werden nach genauen Rezepturen hergestellt. Aus der Legierung werden Blöcke und Barren gegossen, sie dienen als Vormaterial für die weiterverarbeitenden Betriebe.

Eisen ist das für den Menschen wohl wichtigste Metall und aus unserem Alltag nicht wegzudenken. Entsprechend groß ist seine Bedeutung für die Kulturgeschichte der Menschheit. In dieser Produktion werden sowohl die Geschichte der Eisengewinnung skizziert als auch die chemischen Vorgänge bei der Eisen- und Stahlerzeugung dargestellt. Zur Vernetzung der neuen Erkenntnisse mit bekanntem Wissen werden dabei die Fakten jeweils in einen historischen bzw. technischen Kontext gesetzt. Im Arbeitsmaterial stehen Arbeitsblätter (mit Lösungen), Interaktionen und weitere ergänzende Unterrichtsmaterialien zur Verfügung.

Da Eisen in der Natur nur als mineralisches Eisenerz vorkommt, muss es erst zu Eisen oder Stahl verarbeitet werden. Im Film wird erklärt, wie Hochöfen aufgebaut sind und welche chemischen Prozesse in ihrem Innern ablaufen, ehe am Ende Stahl oder unter Beimischung anderer Metalle Legierungen entstehen.

Hier dreht sich alles um Stahl:
STAHL: Ein Besuch in einem Stahwerk.
STAHLTRANSPORT: In der zweiten Geschichte erzählen wir von einem glühenden Stahltransport.
SCHRAUBE: Ein Beispiel, was man aus Stahl alles machen kann, ist die Schraube.

Schon seit rund 10.000 Jahren wird Kupfer von den Menschen verarbeitet. Es ist unter anderem als Nugget zu finden und ist ein relativ leichtes und biegsames Metall. Es kann vergleichsweise einfach geschmolzen und gegossen werden. Es findet sich heute in Euro-Centmünzen und in Kabeln, da es sehr gut Strom leitet. Kupferdächer nehmen durch die Oxidation die charakteristische grüne Färbung an. Der Film zeigt, welche besonderen Eigenschaften Kupfer hat und wie es reagiert. Die Legierung aus Kupfer und Zinn ist Bronze, die deutlich härter ist als Kupfer allein. Die Legierung aus Kupfer und Zink, Messing, findet schon lange Verwendung im Kunsthandwerk. Da sich herausgestellt hat, dass Kupfer auf Bakterien toxisch wirkt, forscht die Medizin gerade nach neuen Verwendungsmöglichkeiten für das Material.

Riesige Trucks transportieren in der Atacama-Wüste kupferhaltiges Gestein aus dem größten Tagebau der Welt in eine Steinmühle. Nach dem Mahlen und der Aufbereitung mit Wasser wird das Konzentrat im Hochofen geschmolzen und im Elektrolyseverfahren von den letzten Verunreinigungen befreit. Anschließend treten die Kupferplatten den Weg per Bahn und Schiff in die Verbraucherländer an. Ein Truckfahrer und seine Familie, die umgesiedelt werden, ein Schmelzer, der am Hochofen arbeitet, und ein ehemaliger Minenarbeiter mit schweren gesundheitlichen Schäden geben Einblicke in die Lebens- und Arbeitsbedingungen. Zusatzmaterial: Filmclips; Diagramme; Karten; Arbeitsblätter; Schaubilder; Texttafeln; interaktive Arbeitsblätter.

WUNDER DER NATUR - PERLEN: Die Farben des Paradieses: Robert Wan, der Kaiser der Tahiti-Zuchtperlen und sein Reich. 10 Millionen Dollar für eine Hand voll Perlen oder die Schätze des Hussein Alfardan. Die Geburt einer Zuchtperle: Der lange Weg der Auster zu ihrer ersten Perle. Die einzige Frau Europas, die die Kunst des Perlenschälens beherrscht: Claudie Plé. In "NZZ Swiss made": Perle muss sein. Imitationsperlen für die Pariser Haute Couture.
PLATIN - DAS EDELSTE DER EDLEN: Die Platinader, Südafrika, 950 Meter im Erdinnern: Der lange Weg von der Mine zum Platin in seiner reinsten Form. Wenn Gold nicht mehr exklusiv genug ist: 70 Gramm Platin für das Handgelenk. Wo nicht Schönheit zählt: Platin und der Autokatalysator. In "NZZ Swiss made": Platin für das Glück zu Zweit - Der Trauring aus Platin.

EDLE STEINE: In einer thailändischen Saphirmine, auf dem Edelsteinmarkt in Chanthaburi und in einer Edelsteinschleiferei in Bangkok. - Der Ring zum Rubin: Im Atelier eines Zürcher Juweliers entsteht ein kleines Kunstwerk. - Zu rein um echt zu sein: Die Herstellung künstlicher Rubine und Saphire. In "NZZ Swiss made": Ganz schön schwer - der Unspunnenstein.

DIE GEHEIMNISSE DES BRENNENDEN STEINS - BERNSTEIN: Der "Blaue": einzigartig, faszinierend, kostbar und nur in der Dominikanischen Republik zu finden. Der mexikanische Bernstein: Schweiß und Schwielen für ein paar Gramm fossiles Harz und wie daraus ein geschliffener Edelstein wird. Kaliningrad: Bernstein en Gros. Die größte Bernsteingrube der Welt. Was vor Jahrtausenden eingeschlossene Insekten vom Leben vor unserer Zeit verraten. In "NZZ Swiss made": Mister Bernstein Schweiz.

Was haben eine Glühbirne, ein Golfschläger, ein Panzer und ein Steinbohrer gemeinsam? Das Element Wolfram! Wolfram besitzt den höchsten Schmelzpunkt unter den Metallen, eine sehr hohe Dichte und, in Verbindung mit Kohlenstoff, eine mit Diamant vergleichbare Härte. Diese außergewöhnlichen Eigenschaften ermöglichen die vielseitige Verwendbarkeit von Wolfram, bestimmten aber auch die Art der Verarbeitung. Die DVD beleuchtet dieses einzigartige Element von allen Seiten und belegt dadurch, wie spannend die Chemie eines einzigen Elementes sein kann.
Im ROM-Teil der DVD steht umfangreiches Arbeitsmaterial zur Verfügung, das auf den Inhalt der einzelnen Themengebiete abgestimmt ist.

Das Element Zink gehört zu den Übergangsmetallen. Es kommt in der Natur in Form von Zinkerzen vor. Der Film erklärt die Eigenschaften und die Verwendungsmöglichkeiten. Es wird als Korrosionsschutz verwendet, zur Herstellung von Messing, ist Bestandteil von Batterien und außerdem essenziell für den Körper.

Unser Ressourcenverbrauch ist immens und somit wird Recycling immer wichtiger. Diese Didaktische DVD gewährt mit einer Vielzahl von Filmen zu Metall-, Papier-, Baustoff-, Glas- und Kunststoffrecycling einen Einblick in die Bedeutung der Kreislaufwirtschaft. Verfahren vom Shredder bis zur Microsort-Anlage werden erklärt. Ob man einen Überblick über die modernen Möglichkeiten des Recycling geben will oder fundierte Medien für eine ausführliche Behandlung des Themas braucht - auf dieser Scheibe finden Sie die passenden Filme.