Aus dem Facharchiv: Lernen & Können
Werkstoffkunde – Nichteisenmetalle – Schwer- und Leichtmetalle (3)
Zu den Nichteisenmetallen zählen Werkstoffe wie z. B. Kupfer und Aluminium, die speziell in der Elektrotechnik eine große Rolle spielen. In diesem Beitrag wird die Unterscheidung von Schwer- und Leichtmetallen vorgenommen und deren Besonderheiten aufgezeigt. Einen besonderen Schwerpunkt bilden erste Betrachtungen zum Leichtmetall Aluminium.
Schwermetalle
Schwermetalle sind alle Metalle, deren Dichte größer als 5 kg/dm3 ist. Als Formelzeichen wird die Dichte mit dem griechischen Buchstaben „kleines rho“ ρ angegeben. Eine eindeutige Definition gibt es in der Fachliteratur nicht – in älteren Quellen heißt es: „Schwermetalle sind Metalle, deren Dichte größer als 4,5 g/cm3 ist.“ Als Schwermetall bezeichnet man Metalle mit einer Dichte ρ > 5 kg/dm3. Diese Festlegung mit ρ > 5 kg/dm3 findet man in der Technik und der Chemie. Dazu gehören unter anderem die Edelmetalle sowie Eisen, Kupfer, Blei, Zink, Zinn, Nickel, Cadmium, Chrom und Uran. Eine Studie fand jedoch mindestens 38 Definitionen für die Bezeichnung „Schwermetall“, die angefangen von der Dichte, dem Atomgewicht oder der Ordnungszahl bis zu den chemischen Eigenschaften oder der Toxizität reichen. Folglich unterscheiden sich die Definitionen von „Schwermetallen“ sehr stark, dabei werden oft auch die Halbmetalle wie z. B. Arsen mit eingeschlossen. Die Bezeichnung „Schwermetall “ wird daher oft ohne Angabe der Metalle, auf die sie sich bezieht, verwendet. Aus den aufgeführten Gründen ist die Bezeichnung aller anderen Metalle als Leichtmetalle ebenso undefiniert.
Biologische Eigenschaften und Umweltauswirkungen
In der öffentlichen Meinung gelten oft alle als „Schwermetall“ bezeichneten Stoffe als toxisch (wobei deren Verbindungen und Legierungen häufig ebenfalls dazu gerechnet werden). Von Natur aus kommen Schwermetalle und ihre Verbindungen in der Biosphäre nur in Spuren vor. Einige sind in kleinen Mengen als essentielle Schwermetalle oder Spurenelemente bezeichnet, lebenswichtig für Pflanzen Tiere und den Menschen; dazu gehören Chrom, Eisen Kobalt, Kupfer, Mangan, Molybdän, Nickel, Vanadium, Zink und Zinn. Viele Schwermetalle (auch die essentiellen) können bereits bei geringer Überkonzentration für den menschlichen Organismus gesundheitsschädlich oder giftig sein. Die toxische Wirkung hängt dabei auch stark von der chemischen Verbindung des Schwermetalls ab. Ein Beispiel dafür ist Chrom, welches in elementarer Form ungiftig, als Chrom (III) essentiell und als Chrom (VI) giftig und karzinogen (krebs-erzeugend; Krebsgeschwülste verursachend) ist.