Gebrauchsmetalle und Legierungen
Auf dem Weg zur Schule fährst du vielleicht mit dem Fahrrad: Der Rahmen ist aus Stahl oder Aluminium, das Kabel der Lampe aus Kupfer, der Wasserhahn zu Hause aus Messing. Warum nimmt man für jeden Gegenstand ein anderes Metall? Und was ist eigentlich Messing? Das klären wir in diesem Abschnitt über Metalle.
Eigenschaften der Metalle
Metalle erkennst du an gemeinsamen Eigenschaften. Sie beruhen darauf, dass sich in Metallen Teilchen und bewegliche Ladungen besonders verhalten, das lernst du erst in Klasse 9 genauer. Jetzt genügt dir die Beobachtung:
| Eigenschaft | Beobachtung | Nutzen |
|---|---|---|
| Metallglanz | glatte Schnittfläche glänzt | Schmuck, Besteck |
| Verformbarkeit | lässt sich hämmern, walzen, ziehen | Bleche, Drähte |
| elektrische Leitfähigkeit | Glühlampe im Stromkreis leuchtet | Kabel |
| Wärmeleitfähigkeit | Löffel im heißen Tee wird warm | Töpfe, Heizkörper |
| hohe Dichte, meist hohe Schmelztemperatur | schwer und fest | Brücken, Maschinen |
Nenne vier typische Eigenschaften von Metallen (z. B. metallischer Glanz).
Nenne vier typische Eigenschaften von Metallen (z. B. metallischer Glanz).
Ordne zu, ob es sich um ein Metall oder ein Nichtmetall handelt: Kupfer, Schwefel, Eisen, Kohlenstoff, Aluminium, Sauerstoff.
Ordne zu, ob es sich um ein Metall oder ein Nichtmetall handelt: Kupfer, Schwefel, Eisen, Kohlenstoff, Aluminium, Sauerstoff.
Legierungen
Reines Eisen ist relativ weich. Reines Gold ist so weich, dass du es mit dem Fingernagel ritzen kannst. Deshalb schmilzt man Metalle zusammen und erhält Legierungen.
| Legierung | Hauptbestandteile | Verwendung |
|---|---|---|
| Bronze | Kupfer, Zinn | Glocken, Statuen |
| Messing | Kupfer, Zink | Wasserhähne, Instrumente |
| Stahl | Eisen, wenig Kohlenstoff | Brücken, Werkzeuge |
| Aluminiumlegierung | Aluminium, z. B. Magnesium | Flugzeuge, Fahrradrahmen |
| Gold-Kupfer | Gold, Kupfer | Schmuck |
Vorteile gegenüber reinen Metallen: Legierungen sind oft härter und fester, lassen sich besser gießen, haben eine niedrigere Schmelztemperatur oder korrodieren weniger. Die Eigenschaften liegen nicht einfach „in der Mitte“, sondern können besser sein als bei jedem Bestandteil.
Eine Legierung ist ein Gemisch aus mehreren Metallen (oder Metallen mit anderen Elementen). a) Nenne zwei Legierungen und ihre Hauptbestandteile (z. B. Bronze, Messing,…
Eine Legierung ist ein Gemisch aus mehreren Metallen (oder Metallen mit anderen Elementen).
- a) Nenne zwei Legierungen und ihre Hauptbestandteile (z. B. Bronze, Messing, Stahl).
- b) Nenne einen Vorteil von Legierungen gegenüber reinen Metallen.
Messing besteht aus $60\ \%$ Kupfer und $40\ \%$ Zink. a) Berechne die Masse an Kupfer in einem Messingteil von $250\ \text{g}$. b) Berechne die Masse an Zink. c)…
Messing besteht aus $60\ \%$ Kupfer und $40\ \%$ Zink.
- a) Berechne die Masse an Kupfer in einem Messingteil von $250\ \text{g}$.
- b) Berechne die Masse an Zink.
- c) Erkläre, warum Messing ein Gemisch und keine Verbindung ist.
Rechnen mit Anteilen und Dichte
Zwei Rechnungen brauchst du immer wieder.
Massenanteil: Die Masse eines Bestandteils ist Prozentsatz mal Gesamtmasse.
Dichte: $\rho = \dfrac{m}{V}$, also $m = \rho \cdot V$ und $V = \dfrac{m}{\rho}$.
Aluminium hat mit $2{,}7\,\mathrm{g/cm^3}$ nur etwa ein Drittel der Dichte von Eisen. Deshalb baut man Flugzeuge aus Aluminiumlegierungen: Sie sind leicht und durch das Legieren trotzdem fest.
Aus der Dichte kannst du auf einen Stoff schließen, aber bei Legierungen nur grob. Eine Münze mit der Dichte $8{,}0\,\mathrm{g/cm^3}$ liegt zwischen Zink ($7{,}1$) und Kupfer ($8{,}9$): Sie kann ein Gemisch sein, aber verschiedene Mischungen (und weitere Metalle) liefern dieselbe Dichte.
Die Tabelle zeigt Dichten von Metallen: | Metall | Dichte in g/cm³ | |---|---| | Aluminium | 2,7 | | Eisen | 7,9 | | Kupfer | 8,9 | a) Berechne die Masse eines Würfels…
Die Tabelle zeigt Dichten von Metallen:
| Metall | Dichte in g/cm³ |
|---|---|
| Aluminium | 2,7 |
| Eisen | 7,9 |
| Kupfer | 8,9 |
- a) Berechne die Masse eines Würfels aus Aluminium mit $10\ \text{cm}^3$ Volumen.
- b) Berechne das Volumen von $89\ \text{g}$ Kupfer.
- c) Begründe, warum Flugzeuge oft aus Aluminiumlegierungen gebaut werden.
Reines Gold ist sehr weich. Schmuck besteht meist aus Gold-Kupfer-Legierungen. „18 Karat“ bedeutet $75\ \%$ Gold. a) Berechne die Masse Gold in einem Ring von…
Reines Gold ist sehr weich. Schmuck besteht meist aus Gold-Kupfer-Legierungen. „18 Karat“ bedeutet $75\ \%$ Gold.
- a) Berechne die Masse Gold in einem Ring von $8{,}0\ \text{g}$ (18 Karat).
- b) Erkläre, warum Schmuck legiert wird.
- c) Erkläre, wie sich die Eigenschaften einer Legierung von denen der reinen Metalle unterscheiden können.
Eine Münze hat die Masse $7{,}5\ \text{g}$ und das Volumen $0{,}95\ \text{cm}^3$. a) Berechne die Dichte der Münze. b) Vergleiche mit Kupfer ($8{,}9\ \text{g/cm}^3$) und…
Eine Münze hat die Masse $7{,}5\ \text{g}$ und das Volumen $0{,}95\ \text{cm}^3$.
- a) Berechne die Dichte der Münze.
- b) Vergleiche mit Kupfer ($8{,}9\ \text{g/cm}^3$) und Zink ($7{,}1\ \text{g/cm}^3$) und schließe, ob die Münze aus reinem Kupfer bestehen kann.
- c) Begründe, warum die Dichte allein nicht ausreicht, um die genaue Zusammensetzung einer Legierung zu bestimmen.
Das richtige Metall für den Zweck
Ein Werkstoff wird nach mehreren Kriterien gewählt: Eigenschaften, Dichte, Preis, Korrosionsverhalten und Verarbeitung.
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Stromkabel: Kupfer, weil es Strom sehr gut leitet und sich zu Drähten ziehen lässt.
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Wasserhahn: Messing, weil es gut zu gießen und korrosionsbeständig ist.
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Brücke, Gebäude: Stahl, weil er sehr fest und günstig ist.
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Flugzeug, Rennrad: Aluminiumlegierung, weil sie leicht ist.
Ordne den Gegenständen das jeweils am besten geeignete Metall oder die Legierung zu und begründe mit einer Eigenschaft: Stromkabel, Fahrradrahmen, Brücke, Wasserhahn.
Ordne den Gegenständen das jeweils am besten geeignete Metall oder die Legierung zu und begründe mit einer Eigenschaft: Stromkabel, Fahrradrahmen, Brücke, Wasserhahn.
Ein Hersteller von Fahrradrahmen in Nordrhein-Westfalen überlegt zwischen Stahl und einer Aluminiumlegierung. a) Vergleiche beide Werkstoffe anhand von Dichte, Preis und…
Ein Hersteller von Fahrradrahmen in Nordrhein-Westfalen überlegt zwischen Stahl und einer Aluminiumlegierung.
- a) Vergleiche beide Werkstoffe anhand von Dichte, Preis und Korrosionsverhalten.
- b) Bewerte, welcher Werkstoff für einen Rennradrahmen und welcher für ein robustes Lastenrad besser geeignet ist.
Zurück zum Anfang: Für jeden Gegenstand wählt man das Metall mit den passenden Eigenschaften, und Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink.