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Legierungen (Expertenwissen)

Legierungen sind Mischungen aus Metallen und anderen Stoffen, die die Eigenschaften von Metallen verbessern. Erfahre mehr über die Bedingungen für die Bildung von Legierungen und entdecke Beispiele wie Bronze und Stahl. Interessiert? Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text!

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Die Autor*innen
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André Otto
Legierungen (Expertenwissen)
lernst du in der Sekundarstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Legierungen (Expertenwissen) Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Legierungen (Expertenwissen) kannst du es wiederholen und üben.
  • Nenne die Eigenschaften von Metallen, die sich gleichen sollten, um Legierungen zu ermöglichen.

    Tipps

    Die Struktur der Stoffe sollte sich nicht stark unterscheiden.

    Besonders wichtig ist die Fähigkeit von Atomen, in einer chemischen Bindung Elektronenpaare an sich zu ziehen.

    Lösung

    Für Legierungen ist es wichtig, dass Härte, Elektronegativität, das Kristallgitter und die Gitterkonstante sich ähneln, da es sonst zu keiner homogenen Mischung kommen kann.
    Bei Legierungen handelt es sich um Gemische aus mindestens zwei Komponenten, wobei mindestens eins ein Metall ist. Das Metall, was die Hauptmasse bildet, bezeichnet man als Grundmetall und alles andere sind Zusätze. Durch das Legieren werden vor allem die Eigenschaften des Grundmetalls verändert und den Ansprüchen angepasst.

  • Ermittle, aus welchen Metallen die Legierungen bestehen.

    Tipps

    In Bronze befindet sich $Sn$, in Messing befindet sich jedoch $Zn$.

    Ein hoher Kohlenstoffanteil in Eisen macht die Legierung hart und spröde.

    Lösung

    Legierungen sind homogene Gemische.
    Gusseisen gehört z.B. dazu. Es besteht aus 96-98% Eisen und nur knapp 2-4% Kohlenstoff. Es ist sehr spröde, gieß- aber nicht schmiedbar. Stahl hingegen ist relativ elastisch und schmiedbar.

    Bronze, eine Legierung aus Kupfer und Zinn, ist korrosionsbeständig, gut dehn- und bearbeitbar. Messing verhält sich ähnlich. Auch diese Legierung ist gut verformbar und korrosionsbeständig.

    Amalgame bestehen aus Quecksilber und einem weiteren Metall, wie z.B. Gold, Silber, Zink oder Blei. Sie sind folglich eine Untergruppe der Legierungen. Amalgame werden für Zahnfüllungen und Elektroden verwendet.

  • Entscheide, welche Legierungen theoretisch möglich sind.

    Tipps

    Achte darauf, dass die Eigenschaften sich sehr ähnlich sein müssen.

    Am wichtigsten ist es, dass sich die Gitterstruktur nicht unterscheidet.

    Lösung

    Legierungen können dann zustande kommen, wenn sich die Eigenschaften der Metalle nicht allzu sehr unterscheiden. Besonders wichtig ist, dass die Gitterstruktur übereinstimmt.
    Wichtig sind auch die Gitterkonstante, die Dichte, die Elektronegativität und die Härte. Umso ähnlicher sich also die Metalle sind, umso besser sind sie legierbar.
    Kupfer und Nickel lassen sich besonders gut legieren, da sie dasselbe Gitter, die gleiche Dichte und dieselbe Elektronegativität aufweisen.
    Eisen und Blei hingegen, ergeben keine Legierung. Sie besitzen unterschiedliche Gitterstrukturen und unterscheiden sich auch in den anderen Eigenschaften sehr stark.

  • Bestimme die Anwendungsmöglichkeiten folgender Legierungen.

    Tipps

    Stahl-Legierungen können sehr hart und beständig sein.

    Aus Gusseisen werden maßgenaue Formstücke hergestellt.

    Messing wird gern für Alltagsgegenstände benutzt.

    Lösung

    Nicht jede Legierung kann überall angewendet werden, denn die unterschiedlichen Legierungen haben auch unterschiedliche Eigenschaften.
    Stahllegierungen sind meist sehr hart und beständig. Sie sind deshalb sehr gut für Werkzeuge geeignet, da diese meist viel aushalten müssen.

    Hast du dich schon mal gefragt, woraus Gullideckel bestehen? Sie werden meistens aus Gusseisen hergestellt, weil dieses gut gießbar ist. Gullideckel sind maßgenaue Formstücke. Diese zu schmieden wäre viel zu aufwendig, weshalb sie in eine Form gegossen werden.
    Bei Sportwettkämpfen bekommt der Drittplatzierte oft eine Bronzemedaille. Bronze ist gut dehn- und bearbeitbar. Auch Statuen wurden oft aus Bronze gefertigt.
    Messing findest du z.B. bei Türklinken. Es ist gut verformbar und besonders wichtig: es ist korrosionsbeständig, das heißt, dass auch Regenwasser einer Messingtürklinke nicht schaden kann.

  • Gib wichtige Aussagen über Legierungen wieder.

    Tipps

    Eisen ist als reines Metall recht weich. Stahl dagegen ist sehr hart und robust.

    Sind die Eigenschaften zweier Metalle zu unterschiedlich, kann keine Legierung entstehen.

    Man kann bereits von den Eigenschaften der Metalle absehen, ob eine Legierung entstehen könnte.

    Lösung

    Legierungen werden hergestellt, damit die Eigenschaften der reinen Metalle verbessert werden. Man schafft dadurch Stoffe, die korrosionsbeständiger, stabiler oder vielleicht leichter verarbeitbar sind.

    Weiterhin kann man bereits an den Eigenschaften der reinen Ausgangsmetalle absehen, ob beide Metalle eine Legierung bilden würden. Dies kann man aber nicht immer mit 100%-iger Wahrscheinlichkeit sagen, da es auch Ausnahmen gibt. Grundsätzlich sollten sich aber die meisten fundamentalen Eigenschaften ähnlich sein.

  • Beschreibe die Veredelung von Roheisen zu Stahl.

    Tipps

    Welcher Stoff wird benötigt um Kohlenstoff zu oxidieren? Es entsteht ein Oxid.

    Man kann danach z.B. noch Nickel oder Chrom hinzufügen.

    Lösung

    Bei der Stahlerzeugung wird Roheisen durch Oxidationsvorgänge von den enthaltenden Verunreinigungen befreit. Der enthaltende Kohlenstoff wird mit Sauerstoff oxidiert und andere Elemente reagieren mit Zuschlägen zu Schlacke. Durch Zugabe von Chrom zur Legierung wird der Stahl korrosionsbeständiger und rostet nicht.