1998 LS 8.1 Zusammensetzung vertieft
Zusammensetzung
Legierungsbestandteile, Hauptelement und Legierungselemente
Legierungen bestehen aus verschiedenen chemischen Elementen, von denen mindestens eines ein Metall sein muss. Dabei ist das Element mit dem größten Massenanteil das Hauptelement. Das Hauptelement einer Legierung legt die Basis-Eigenschaften wie Gitterstruktur und Festigkeit fest. Um diese Eigenschaften zu optimieren, werden zusätzliche Legierungselemente hinzugefügt. Die Elemente die hinzugefügt werden, nennt man Legierungselemente. Legierungsbestandteile sind Hauptelement und Legierungselemente zusammen.
So gilt für eine Legierung mit der Zusammensetzung Au (Gold): 55 %; Ag (Silber): 29 %; Pd (Palladium): 10 % , Zn (Zink): 1,4 % folgendes:
| Hauptelement (größter Massenanteil) | Legierungselement (nicht größter Massenanteil) |
|---|---|
| Au | Pd, Ag, Zn |
Es handelt sich also um eine Legierung mit dem Hauptelement Gold und den Legierungselementen Silber, Palladium und Zink.
Die Legierungsbestandteile sind Gold, Silber, Palladium und Zink.
Wirkung der Legierungsbestandteile
Die Kombination von Legierungsbestandteilen sollen die Eigenschaften der Legierung verbessern.
So wird durch Zugabe von Platin beispielsweise die chemische Beständigkeit, Härte und Festigkeit erhöht. Andere Elemente beeinflussen den Schmelzintervall, die Wärmeausdehnung, das Fließverhalten beim Gießen, die Verformbarkeit und vieles mehr.
Durch Klicken auf "Aufklappen" kannst du eine Tabelle mit typischen Eigenschaften bzw. Eigenschaftsänderung dieser Legierungsbestandteile sehen (viele Eigenschaften werden erst später in der Lernsituation behandelt):[1]
| Legierungsbestandteil | Elementsymbol | Eigenschaftsänderungen |
|---|---|---|
| Gold | Au | Leichte Bearbeitbarkeit, korrosions-, anlauf- und mundbeständig, gute Festigkeit, senkt Oxidation bei hohen Temperaturen, beeinflusst Schmelzintervall und Wärmeausdehnung. |
| Platin | Pt | Steigert Mundbeständigkeit, Kornfeiner, erhöht Härte und Stabilität, verringert Oxidschicht. |
| Palladium | Pd | Steigert Korrosions-, Anlauf- und Mundbeständigkeit, erhöht Härte und Festigkeit, Warmfestigkeit, erleichtert Vergüten, erhöht Schmelzintervall. |
| Silber | Ag | Steigert Härte, verbessert Fließverhalten beim Gießen, verbessert Lötfähigkeit, Oxidbildner, erhöht Wärmeausdehnung. |
| Kupfer | Cu | Steigert Härte und Festigkeit, bildet dunkelfarbiges Haftoxid, erleichtert Vergütbarkeit, hebt Wärmeausdehnung an, potenzielle Verfärbungen in Keramik. |
| Zink | Zn | Verbessert mechanische Eigenschaften, senkt Schmelztemperatur, macht Schmelze dünnflüssiger, verbessert Fließfähigkeit. |
| Zinn | Sn | Verbessert mechanische Eigenschaften, steigert Härte und Festigkeit, verringert Kohlenstoffaufnahme, Haftoxidbildung, erhöht Benetzungsfähigkeit, verschiebt Wärmeausdehnung. |
| Indium | In | Verbessert mechanische Eigenschaften, senkt Schmelzpunkt, erhöht Fließfähigkeit beim Gießen, verändert Wärmeausdehnung, Haftoxidbildung. |
| Iridium | Ir | Widerstandsfähiger als Platin, Kornfeinung von Gold-Legierungen, erhöht Warmfestigkeit und Vergütbarkeit, erhöht Schmelzintervall. |
| Titan | Ti | Verbessert Korrosions- und Anlaufbeständigkeit, Kornfeinung, Haftoxidbildung, bindet Sauerstoff, macht Legierungen fließfähiger. |
| Eisen | Fe | Haftoxidbildung, steigert Kornfeinung, erhöht Härte und Festigkeit. |
| Rhodium | Rh | Weißfärbend, feinkörniger, härter, chemisch beständiger, erhöht Fließfähigkeit und Vergütbarkeit. |
| Gallium | Ga | Senkt Schmelzintervall, verbessert Fließfähigkeit und Formfüllvermögen, dehnt sich beim Erstarren aus, verbessert mechanische Eigenschaften, hält Oxidfilm dünn. |
| Tantal | Ta | Extrem hoher Schmelzpunkt, Kornfeinung, Härtesteigerung, reduziert Schmelzintervall, macht Legierungen fließfähiger. |
| Ruthenium | Ru | Hoher Schmelzpunkt, Kornfeinung, stark härtender Effekt, verbessert Kriechfestigkeit, vermindert Spannungsrisse. |
| Mangan | Mn | Kornfeinung, steigert Festigkeit, erhöht Duktilität in Kombination mit Zink, Haftoxidbildung, bindet Sauerstoff und Schwefel. |
| Chrom | Cr | Unverzichtbar für Korrosionsbeständigkeit bei kobalt- und nickelhaltigen Legierungen, Schutz durch Chromoxide. |
| Kobalt | Co | Basismetall für Modellgusslegierungen, muss durch Chrom und Molybdän passiviert werden, Spuren von Nickel möglich. |
| Nickel | Ni | Basismetall für günstige Dentallegierungen, hohes Allergiepotenzial, Schleifstaub ist krebserregend. |
| Molybdän | Mo | Verbessert mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit in Kobalt- und Nickelbasis-Legierungen, essenziell für Menschen. |
So ergibt sich für die Au, Ag, Pd, Zn Legierung mit Gold als Hauptelement:
Palladium (Pd): Steigert Korrosions-, Anlauf- und Mundbeständigkeit, erhöht Härte und Festigkeit, verbessert Warmfestigkeit, erleichtert Vergüten, und erhöht das Schmelzintervall.
Silber (Ag): Steigert Härte, verbessert das Fließverhalten beim Gießen, verbessert die Lötfähigkeit, wirkt als Oxidbildner, und erhöht die Wärmeausdehnung.
Zink (Zn): Verbessert mechanische Eigenschaften, senkt die Schmelztemperatur, macht die Schmelze dünnflüssiger, und verbessert die Fließfähigkeit.
Masse und Gewicht
Masse und Gewicht werden häufig als Synonyme genutzt, jedoch gibt es einen wichtigen Unterschied.
Die Masse eines Körpers gibt an, wieviel "Stoff" (Atome) ein Körper enthält. Sie ist überall im Universum gleich. Auf der Erde und auf dem Mond.
Das Gewicht eines Körpers ist die Gravitationskraft, die auf ihn wirkt. Die Gravitationskraft kann sich je nach Ort unterscheiden. Die Gravitationskraft (auf der Erde die Erdanziehungskraft) ist z.B. in Nordrhein-Westfalen und in Berlin unterschiedlich.[2] So wiegt z.B. eine 70 kg Person in Berlin 16,4 g mehr als in Nordrhein-Westfalen. Auf dem Mond wiegt eine 70 kg Person übrigens nur 11,6 kg.
Masse und Gewicht werden normalerweise mit einer Waage gemessen. Die Waage misst die Gewichtskraft und rechnet diese in Kilogramm um. Da für uns der Unterschied minimal ist, können wir im Dentallabor die Masse auch mit einer Waage bestimmen. Für uns gilt also "Die Masse eines Körpers auf der Erde entspricht in etwa dem Gewicht".
Massen und Gewichte werden in Kilogramm oder Gramm angegeben. Kilo steht für 1000, z.B. 1 Kilogramm = 1000 g; 1 Kilometer = 1000 Meter; 1 Kilokalorie=1000 Kalorien, 1 Kilobyte = 1000 Byte; usw.
Massenanteil in Legierungen
Die Zusammensetzung von Legierungen werden normalerweise in Massenanteil angegeben.
Der Massenanteil in Legierungen wird als das Verhältnis der Masse eines einzelnen Legierungsbestandteils zur Gesamtmasse der Legierung definiert. Der Massenanteil wird als Prozentsatz anzugeben. Die Berechnung des Massenanteils eines Legierungsbestandteils erfolgt durch die Formel:
[math]\displaystyle{
\text{Massenanteil}_{\text{Legierungsbestandteil}} = \frac{{\text{Masse des Legierungsbestandteils}}}{{\text{Gesamtmasse der Legierung}}} \times 100
}[/math]
Bei unserer Legierung mit den Legierungsbestandteilen Au (Gold) 55 %; Ag (Silber) 29 %; Pd (Palladium) 10 % , Zn (Zink) 1,4 % gilt für Gold:
[math]\displaystyle{
Massenanteil_{\text{Gold}} = \frac{{55 \, \text{g}}}{{100 \, \text{g}}} \times 100 = 55\%
}[/math]
Volumen
Das Volumen ist ein Maß für den Raum, den ein dreidimensionales Objekt einnimmt.
Volumen werden meist berechnet. Dafür kann man die ganzen Formeln aus der Geometrie endlich mal nutzen :-).
Einheiten des Volumens
Größere Volumen werden in Kubikmetern (m3) (1 Meter mal 1 Meter mal 1 Meter) angegeben. Man kauft z.B. Kubikmeter Erde
Mittlere Volumen werden in Dezimetern (dm3) oder Liter (l) (beides 10 Zentimeter mal 10 Zentimeter mal 10 Zentimeter) angegeben. Man kauft z.B. einen Liter Milch
Kleinere Volumen werden in Kubikzentimetern (cm3) oder in Milliliter (ml) (beides 1 Zentimeter mal 1 Zentimeter mal 1 Zentimeter) angegeben. Z.B. nutzt man 20 ml Wasser auf 100 g Gips.
Volumenanteil
Die Zusammensetzung von Legierungen kann auch als Volumenanteil angegeben werden, dies ist allerdings eher unüblich, da man die Masse viel leichter bestimmen kann als das Volumen. Der Volumenanteil in Legierungen wird als das Verhältnis des Volumens eines einzelnen Legierungsbestandteils zum Gesamtvolumen der Legierung definiert. Ähnlich wie der Massenanteil wird auch der Volumenanteil als Prozentsatz angegeben. Die Berechnung des Volumenanteils eines Legierungsbestandteils erfolgt durch die Formel:
[math]\displaystyle{
\text{Volumenanteil}_{\text{Legierungsbestandteil}} = \frac{{\text{Volumen des Legierungsbestandteils}}}{{\text{Gesamtvolumen der Legierung}}} \times 100
}[/math]
Bei alkoholischen Getränken wird häufig ein Volumenanteile angegeben. So hat z.B. Vodka einen Alkohol Volumenanteil von 40 % %. Der selbe Vodka hat einen Alkohol Massenanteil von etwa 35 %. So hat man direkt das Gefühl mehr Alkohol für sein Geld zu bekommen ;-).