Big Bang HTL 2, Schulbuch

Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) 49 Die chemischen Bindungen 4 4.3.2 Legierungen Legierungen sind Gemische aus 2 oder mehr Metallen. Manchmal sind auch Nichtmetalle wie z. B. Kohlenstoff C oder Schwefel S beteiligt, der Hauptbestandteil ist aber immer ein Metall. Ziel ist es, erwünschte Eigenschaften zu verstärken (Zähigkeit, Härte), unerwünschte zu beseitigen (Korrosionsanfälligkeit) oder einfach Farben zu variieren ( F16 ). Dem Ausgangsmetall werden andere Metalle beigemengt. Das passiert in flüssigem Zustand, also in geschmolzener Form bei entsprechend hohen Temperaturen. Dadurch vermengen sich die Metalle und beim Auskristallisieren (Erstarren) bilden sich vermischte Kristallstrukturen. Dabei kann man verschiedene Typen unterscheiden: 1. Einlagerungsmischkristalle: In das Metallgitter lagern sich zusätzlich (zwischen die re- gulären Gitterplätze) die Fremdatome des Legierungspart- ners ein. Durch diese Zusatzatome wird das Verschieben der Gitterebenen schwieriger, die Legierungen werden härter. Beispiel: Stahl (Fe-C). 2. Substitutionsmischkristalle: Im Metallgitter werden manche Metallatome durch Atome des Legierungspartners ersetzt, diese sitzen stattdessen an den gleichen, vorgegebenen Gitterplätzen. Das klappt nur, wenn die Legierungspartner annähernd gleich große Atome besitzen. Beispiel: Messing (Cu-Zn) Gründe für die Bindungsarten Definiere die Begriffe: Atomrumpf, Elektronengas, Metallgitter L Erkläre, wie Metallatome Edelgaskonfiguration erreichen. L Vervollständige die Tabelle und ergänze für jede Eigenschaft eine technische Anwendung. L Metalleigenschaft Erklärung durch das Metall- Bindungsmodell Verformbarkeit elektrische Leitfähigkeit Wärmeleitfähigkeit 4.3.1 F12 A1 F13 A1 F14 A1 A1 Welche Legierungen kennst du? Aus welchen Elemen- ten bestehen sie? Warum legiert man? Was ist Bleigießen? F15 F16 F17 3. Gemische der reinen Kristalle: Hier sind kleine, reine Kristalle der Einzelbestandteile vorhanden, die aber mikroskopisch in kleinen Grüppchen verteilt sind. Daher erscheint die Mischung im makro- skopischen Bereich als Legierung. Beispiel: Pb-Zn Beispiele und Anwendungen von Legierungen: Oft liegt der Schmelzpunkt von Legierungen in einer be- stimmten Zusammensetzung weit unter den Schmelzpunk- ten der Reinmetalle. Solche sogenannten „eutektischen“ Legierungen werden oft zum Löten benutzt. Lötzinn ist eine Legierung aus 95–99% Zinn, bis zu 5% Silber und bis zu 2% Kupfer und hat einen Schmelzpunkt von nur 183 °C. Das Metall zum Bleigießen ist eine Blei-Zinn-Legierung , die nur wenig Blei enthält. Diese Legierung hat einen wesentlich niedrigeren Schmelzpunkt als reines Blei und das „Bleigießen“ geht viel schneller vonstatten. ( F17 ) Da in der EU im Handel erhältliche Metalle nur mehr einen Bleianteil von 0,3% ent- halten dürfen, ist klassisches Bleigießen als Silvesterbrauch seit 2018 verboten. Woodsches Metall , eine Legierung aus Bismut-Blei-Cadmi- um-Zinn, schmilzt sogar schon bei etwa 60 °C. Um die Zusammensetzung einer Legierung in der Formel sichtbar zu machen, schreibt man zuerst das Basismetall und dann den/die Legierungsbestandteil/e mit dem jewei- ligen Prozentanteil. CuZn 38 bedeutet also eine Legie- rung aus Kupfer mit einem Zink-Anteil von 38%. Legierungen aus Kupfer und Zink nennt man Messing . Türklinken, Musikinstru- mente, Armaturen aber auch An- tennen und Hohlleiter sind oft aus Messing gefertigt. Auch Bronze gehört zu den Kupferlegierungen, hier ist Kupfer allerdings mit Zinn legiert. Reine Zinnbronzen finden heutzutage fast nur mehr als Münzmaterial und Glocken Anwendung. Mit weiteren Metallen legiert, z. B. Phosphor oder Silizium, ergeben sich Anwendungen als Oberleitun- gen und Maschinenteile. Abb. 4.6: Legierungsformen Abb. 4.7: Bleigießwaren Abb. 4.8: Waldhorn aus Messing Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv