Welche Metalle sind schlechte Leiter?

Die unterschätzten: Metalle, die (nicht so gut) leiten

Wenn wir an Metalle denken, haben wir oft das Bild von blitzenden Stromleitungen und effizienten Wärmeübertragern vor Augen. Schließlich sind Metalle für ihre hohe Leitfähigkeit bekannt. Doch wie so oft gibt es auch hier Ausnahmen von der Regel. Einige Metalle sind überraschend schlechte Leiter von Elektrizität und Wärme. Dieser Artikel widmet sich diesen unterschätzten metallischen “Bremsklötzen” und beleuchtet ihre Eigenschaften und Anwendungen.

Was bedeutet Leitfähigkeit überhaupt?

Bevor wir uns den “schlechten” Leitern zuwenden, ist es wichtig zu verstehen, was ein guter Leiter ausmacht. Die elektrische Leitfähigkeit eines Materials hängt von der Beweglichkeit seiner freien Elektronen ab. In Metallen sind diese Elektronen nicht an einzelne Atome gebunden und können sich relativ frei durch die Kristallstruktur bewegen. Je leichter sich diese Elektronen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bewegen können, desto besser ist die Leitfähigkeit.

Die “Schlusslichter” der metallischen Leiter:

Einige Metalle weisen jedoch eine deutlich geringere Leitfähigkeit auf als beispielsweise Kupfer oder Silber. Zu diesen “schlechten” Leitern gehören unter anderem:

• Wismut (Bi): Wismut ist ein silberweißes, sprödes Metall mit einer auffallend niedrigen Wärme- und elektrischen Leitfähigkeit. Diese Eigenschaft, kombiniert mit seinem niedrigen Schmelzpunkt, macht Wismut zu einem idealen Material für Sicherungen. Bei einer Überlastung schmilzt das Wismut und unterbricht den Stromkreis, um Schäden an elektrischen Geräten zu verhindern.
• Wolfram (W): Wolfram ist ein hartes, dichtes Metall mit dem höchsten Schmelzpunkt aller Metalle. Während es bei sehr hohen Temperaturen ein akzeptabler Leiter wird, ist es bei Raumtemperatur relativ schlecht leitend. Diese Eigenschaft, gepaart mit seiner Hitzebeständigkeit, macht Wolfram zu einem idealen Material für Glühfäden in Glühbirnen. Es kann die hohen Temperaturen aushalten, die erforderlich sind, um Licht zu erzeugen, ohne zu schmelzen oder zu verdampfen.
• Blei (Pb): Blei ist ein weiches, formbares Metall mit einer relativ geringen Leitfähigkeit. Obwohl es kein extrem schlechter Leiter ist, leitet es Elektrizität und Wärme deutlich schlechter als beispielsweise Kupfer oder Aluminium. Seine hohe Dichte und seine Fähigkeit, Röntgenstrahlen zu absorbieren, machen es jedoch zu einem nützlichen Material für Strahlenschutzanwendungen.
• Titan (Ti): Titan ist ein leichtes, festes und korrosionsbeständiges Metall. Obwohl es nicht so schlecht leitend ist wie Wismut oder Wolfram, ist seine Leitfähigkeit deutlich geringer als die von Kupfer oder Aluminium. Seine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht macht es jedoch zu einem beliebten Material in der Luft- und Raumfahrt sowie in medizinischen Implantaten.

Warum sind diese Metalle schlechtere Leiter?

Die geringere Leitfähigkeit dieser Metalle kann auf verschiedene Faktoren zurückgeführt werden:

• Komplexere Kristallstruktur: Eine komplexere Kristallstruktur kann die Bewegung der freien Elektronen behindern.
• Stärkere Wechselwirkung mit Atomrümpfen: Wenn die freien Elektronen stärker mit den Atomrümpfen im Metallgitter interagieren, wird ihre Beweglichkeit eingeschränkt.
• Vorhandensein von Verunreinigungen: Verunreinigungen im Metall können die Streuung der Elektronen erhöhen und ihre Leitfähigkeit verringern.

Nutzen der “schlechten” Leitfähigkeit:

Obwohl diese Metalle keine idealen Leiter sind, sind ihre spezifischen Eigenschaften in bestimmten Anwendungen von großem Nutzen. Die schlechte Leitfähigkeit von Wismut ermöglicht beispielsweise den Einsatz in Sicherungen, während die Hitzebeständigkeit und die relativ schlechte Leitfähigkeit von Wolfram es ideal für Glühfäden machen.

Fazit:

Nicht alle Metalle sind gleich, wenn es um die Leitfähigkeit geht. Wismut, Wolfram, Blei und Titan sind Beispiele für Metalle, die aus verschiedenen Gründen eine geringere Leitfähigkeit aufweisen. Diese “schlechte” Leitfähigkeit ist jedoch nicht unbedingt ein Nachteil, sondern kann im Gegenteil in bestimmten Anwendungen von großem Vorteil sein. Die Wahl des richtigen Metalls hängt also immer von den spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Dieser Artikel hat gezeigt, dass auch die “Schlusslichter” der metallischen Leiter ihre ganz eigene und wichtige Rolle spielen.