Oxidationsreihe von Metallen

Wusstest du, dass die Luft ein Gas enthält, das sehr reaktionsfreudig ist? Die Rede ist von einem Gas, das manche Metallgegenstände – im Laufe der Zeit – auflöst... und zerfallen lässt. Dieses Gas kann auch mit vielen Stoffen heftig reagieren, wenn diese erhitzt werden. Die Folge: komplette Zerstörung der Stoffe.

Es kommt auch nicht nur in winzigen Mengen vor – sondern macht mehr als 20 Prozent der Atmosphäre aus. Dieses reaktionsfreudige Gas ist... Sauerstoff. Hier ist ein Metall namens Magnesium. Wenn du es mit Sandpapier reibst, erhält es einen metallischen Glanz.

Doch nur ein paar Tage Kontakt mit Luft reichen aus, damit es seinen Glanz verliert. Es hat sich eine Oxidschicht auf der Metalloberfläche gebildet. Wenn du die Reaktion beschleunigen willst, setze das Magnesium in Brand. Jetzt verwandelt sich der ganze Magnesiumstreifen schnell in ein weißes Pulver – Magnesiumoxid. Einige Metalle sind so reaktionsfreudig, dass man sie vom Sauerstoff in der Luft fernhalten muss.

Ein Beispiel dafür ist dieses Metall: Natrium. Es wird gewöhnlich in Gläsern mit Petroleum aufbewahrt. Ein paar Minuten an der Luft reichen aus, dass Natrium eine Oxidschicht ansetzt. Andere Metalle reagieren indes viel langsamer mit Sauerstoff. Wie etwa Kupfer.

Bei Raumtemperatur bleibt eine Kupferoberfläche über Jahre hellrot und glänzend,... ...aber irgendwann setzt sich eine Schicht mit mattbraunem Kupferoxid an. Und wenn du Kupfer verbrennen möchtest,... ...wird es in der Luft – mit nur 20 Prozent Sauerstoff – kein Feuer fangen. Dafür musst du das Kupfer schon in reines Sauerstoffgas halten. Eine Oxidschicht trägt bei einigen Metallen dazu bei, dass sie stärker werden und ihre Reaktionsfähigkeit verlieren. So wie Aluminium.

Wir verwenden Aluminium in vielen Bereichen: von Trinkdosen über Flugzeuge bis zu Baumaterial. Reines Aluminium ist fast so reaktionsfreudig mit Sauerstoff wie Magnesium. Sobald sich eine Oxidschicht bildet,... ...bleibt die Reaktion aus. Diese dünne Schicht aus Aluminiumoxid, die nur wenige Atome tief reicht,... ...genügt, um den Rest des Aluminiums darunter zu schützen. Der Sauerstoff schafft es nicht durch die äußere Schicht.

Andere Metalle, wie Eisen, werden durch die Reaktion mit Sauerstoff geschwächt. Eisen, das in Kontakt mit Sauerstoff ist, bildet Rost. Im Gegensatz zu Aluminium, das durch seine Oxidschicht geschützt wird,... ...ist der Rost, der sich auf Eisen bildet, porös. Deshalb ist Sauerstoff in der Lage, tiefer in Eisenobjekte einzudringen. Sauerstoff ist ein sehr reaktionsfreudiges Gas.

Fast alle Elemente und viele Verbindungen reagieren mit ihm und bilden Oxide. Nichtmetalle und Nichtmetallverbindungen bilden beim Verbrennen gewöhnlich Oxide. Manche Metalle können auch brennen, oder sie bilden Oxide, indem man sie bei Raumtemperatur der Luft aussetzt. Die Reaktionsfähigkeit von Metallen ist sehr unterschiedlich: Natrium reagiert sehr schnell mit Sauerstoff. Magnesium reagiert etwas langsamer.

Aluminium reagiert mit Sauerstoff, aber nur auf der Oberfläche. Die Oxidschicht schützt den Rest des Metalls. Eisen reagiert langsamer als Aluminium, dafür wirkt die Reaktion so tief, dass das ganze Objekt zerstört wird. Bei Kupfer und Silber braucht es Monate oder sogar Jahre, bis eine sichtbare Reaktion hervortritt. Gold ist eines der wenigen Metalle, die niemals ein Oxid bilden.