Chemie Grundlagen

Legierungen sind spezielle Stoffgemische. Was das genau bedeutet und woraus sie bestehen, erklären wir dir hier anhand von Beispielen. %Du kannst dir auch direkt unser Video anschauen!

Inhaltsübersicht

Was ist eine Legierung?

Wenn du bei einem Sportwettbewerb den dritten Platz belegst, bekommst du eine Bronze-Medaille.

Bronze kannst du als eine Legierung bezeichnen. Darunter verstehst du ein Gemisch, das aus mindestens zwei chemischen Elementen besteht. Dabei muss wenigstens ein Element ein Metall sein. 

Legierungen sind von großer Bedeutung in der Industrie, da sie oft „bessere“ Eigenschaften gegenüber den einzelnen Metallen haben. Sie sind beispielsweise härter oder beständiger gegen Korrosionen (Zersetzung eines Metalls).

Legierung Definition

Eine Legierung ist ein Stoffgemisch aus mindestens einem Metall und einem oder mehreren anderen chemischen Elementen. 

Legierung Herstellung

Mischst du also zwei oder mehrere Elemente miteinander, wovon mindestens eines ein Metall ist, erhältst du eine Legierung (lat. ligare = verbinden). Das funktioniert zum Beispiel, indem die einzelnen Komponenten zusammengeschmolzen werden. Deshalb benötigst du für die Herstellung einer Legierung meistens hohe Temperaturen. Es bildet sich dann eine Mischung, die sich auch nach dem Erstarren nicht entmischt.

Bei der Mischung kannst du zwischen einer

  • homogenen Legierung
  • und einer  heterogenen Legierung unterscheiden.

Unter einer homogenen Legierung verstehst du ein Gemisch, bei dem sich alle Elemente komplett miteinander vermischt haben. Die Metalllegierung kann zustande kommen, wenn du Metalle schmilzt, die einen ähnlichen Atomradius und / oder eine vergleichbare Elektronegativität besitzen. Beispiele dafür sind Kupfer und Gold, Kupfer und Silber oder Kupfer und Zink (Messing-Legierung).

Auf atomarer Ebene kannst du dir die Bildung einer homogenen Legierung so vorstellen: Zwischen den Metallatomen befinden sich entweder kleinere Atome, oder Metallatome werden zum Teil durch andere Atome ersetzt. 

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Homogene Legierung Herstellung

 

Bei einer heterogenen Legierung haben sich nicht alle Elemente komplett vermischt. Hier sind die Atome der Elemente oft unterschiedlich groß und haben keine vergleichbare Elektronegativität. Eine heterogene Metalllegierung ist beispielsweise Zinn und Blei

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Legierung Einteilung

Legierungen Beispiele

Im Folgenden werfen wir einen Blick auf verschiedene Beispiele für Metalllegierungen:

  • Bronze
  • Messing
  • Gold-Legierung
  • Stahl
  • Aluminium-Legierung

Bronze

Aus was besteht eigentlich Bronze? Deine Bronze-Medaille setzt sich aus den Metallen Kupfer und Zinn zusammen und gehört zu den homogenen Legierungen. Bronze wurde durch zufällige Vermischung der Metalle entdeckt und gab der Bronzezeit ihren Namen. Sie gehört zu den ältesten Legierungen und besitzt charakteristisches rötliches Aussehen. Bronze ist deutlich härter als Kupfer und Zinn und wird daher noch heute für die Herstellung von Werkzeug oder Schmuck verwendet.

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Bronze Beispiele

Messing

Die Bestandteile von Messing sind Kupfer und Zink. Sie bilden eine homogene Legierung. Je nachdem, in welchem Verhältnis die Elemente vorliegen, kannst du zwischen verschiedenen Arten unterscheiden wie zum Beispiel Gelbguss, Weißguss oder Tombak. Je höher der Zinkgehalt ist, desto heller ist das Messing. Daher kann die Farbe der Legierung von bräunlich über hellgelb bis hin zu weißgelb variieren.

Die Metalllegierung erreicht eine viel höhere Härte und eine bessere Korrosionsbeständigkeit als die Metalle selbst. Deshalb war Messing früher ein wichtiges Münzmetall für die Münzprägung. Bis heute wird sie zur Herstellung von Schmuck und Musikinstrumente verwendet.  

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Messing Beispiele

Gold-Legierung

Gold-Legierungen begegnen dir meistens im Zusammenhang mit Schmuck. Sie bestehen dann aus Gold, Kupfer und Silber und bilden ein homogenes Gemisch. Die Elemente kommen auch in der Natur als Legierung miteinander vor. Durch die Kombination der drei Metalle können viele verschiedene Farbspektren wie sattgelb, lachsrosa und silberweiß abgedeckt werden. Gold-Legierungen sind härter als reines Gold. 

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Gold-Legierung Beispiele

Stahl

Stahl ist grundsätzlich eine homogene Legierung aus Eisen und Kohlenstoff. Durch den Kohlenstoff wird das Stahl hart, schlagfest und gleichzeitig aber auch elastisch. Du kannst zwischen verschiedenen Stahl-Legierungen unterscheiden. Die mit bekannteste ist die Edelstahl-Legierung. Sie besitzt einen hohen Reinheitsgrad (Gehalt an Nichtmetallen; je höher der Reinheitsgrad desto geringer der Nichtmetall-gehalt) und kann aus den Elementen Kohlenstoff, Eisen und Nickel (Eisen-Nickel-Legierung) bestehen. Wenn du mehr über die Struktur von Stahl und dem dazugehörigen Zustandsdiagramm erfahren willst, schau doch hier vorbei!

Zum Video: Eisen-Kohlenstoff-Diagramm
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Stahl ist aufgrund seiner Eigenschaften bis heute der Standartwerkstoff im Maschinenbau. Er wird für die unterschiedlichsten Maschinen verwendet. Beispiele dafür sind Pumpen, Kräne, Stahlseile, Werkzeuge oder Schienen.  

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Stahl-Legierung Beispiele

Aluminium-Legierungen

In Aluminium-Legierungen kommen viele verschiedene Elemente vor. Ein Beispiel ist die Aluminium-Kupfer-Legierung (AlCu). Sie enthält zum Teil auch noch Magnesium oder Silicium. Solche Legierungen weisen eine hohe Festigkeit auf und werden hauptsächlich für den Flugzeugbau verwendet.  

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Legierungen Beispiele, Magnesium Legierung

Legierungen Eigenschaften

Hier haben wir noch einmal ein paar Eigenschaften von Legierungen für dich aufgelistet:

  • Legierungen können „bessere“ Eigenschaften als die reinen Metalle aufweisen. Sie sind beispielsweise 
    • härter
    • fester
    • elastischer
    • oder beständiger gegen Korrosionen (Zersetzung des Metalls) 
  • Legierungen bestehen immer aus Metallen, können aber auch Nichtmetalle (z.B. Kohlenstoff) enthalten.
  • Beim Vermischen zweier oder mehrerer Elemente kann sich entweder eine feste Lösung bilden (homogen) oder es bilden sich mehrere Phasen, weil sich die Elemente nicht komplett vermischen (heterogen).
  • Elemente einer homogenen Legierung haben oft einen ähnlichen Atomradius und eine vergleichbare Elektronegativität. Bei heterogenen Legierungen unterscheiden sich die Elemente meist in Größe und Elektronegativität. 

Aber woher weißt du, ob Elemente eine ähnliche Elektronegativität haben? Die Antwort geben wir dir in unserem Video dazu!

Zum Video: Elektronegativität
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