Bestimmungsschlüssel für Metalle

Bestimmung unbekannter Metalle

Einleitung

Die Identifikation unbekannter Metalle ist ein spannendes Gebiet der Werkstoffkunde. Im Alltag begegnen uns zahlreiche Metalle und Legierungen, deren Zusammensetzung oft nicht auf den ersten Blick erkennbar ist. Mit einigen einfachen Untersuchungsmethoden lassen sich jedoch viele Metalle eindeutig bestimmen oder zumindest auf wenige Kandidaten eingrenzen.

Dieser Beitrag stellt einen praktischen Bestimmungsschlüssel vor, der sich an den Methoden von Naturforschern und Materialprüfern orientiert. Dabei werden ausschließlich zerstörungsarme Verfahren verwendet, die ohne aufwendige Laborausrüstung durchgeführt werden können.

Sicherheitsregeln

Vor jeder Untersuchung sollten folgende Grundregeln beachtet werden:

• Schutzbrille tragen
• Unbekannte Metalle nicht erhitzen
• Keine Säuretests ohne geeignete Schutzausrüstung durchführen
• Metallstaub nicht einatmen
• Vorsicht bei alten Gegenständen, die Blei enthalten könnten

Benötigte Hilfsmittel

• Magnet
• Lupe
• Präzisionswaage
• Messschieber oder Lineal
• Notizblock
• Taschenlampe
• ggf. Schwefelquelle (gekochtes Ei) für Silbertests

Erste Beobachtungen

Bevor Tests durchgeführt werden, sollten folgende Merkmale dokumentiert werden:

Merkmal	Beobachtung
Farbe	silbrig, rötlich, gelblich, grau
Glanz	matt oder glänzend
Oberfläche	glatt, oxidiert, patiniert
Gewicht	leicht, mittel, schwer
Verformbarkeit	weich oder hart

Der Bestimmungsschlüssel

1. Magnettest

Die erste Frage lautet:

Ist das Metall magnetisch?

Ja

Mögliche Kandidaten:

• Eisen
• Stahl
• einige Edelstähle

Weitere Merkmale:

• Eisen rostet leicht.
• Unlegierter Stahl zeigt häufig Rostspuren.
• Viele Edelstähle sind korrosionsbeständig.

Nein

Das Metall gehört wahrscheinlich zu den Nichteisenmetallen.

Nun werden weitere Eigenschaften untersucht.

2. Gewicht beurteilen

Sehr leicht

Möglicher Kandidat:

• Aluminium

Eigenschaften:

• silbrig
• geringe Dichte
• nicht magnetisch
• korrosionsbeständig

Normal bis schwer

Weitere Untersuchung erforderlich.

3. Farbe bestimmen

Rötlich

Möglicher Kandidat:

• Kupfer

Eigenschaften:

• charakteristische rote Farbe
• sehr gute elektrische Leitfähigkeit
• bildet grüne Patina

Goldgelb

Möglicher Kandidat:

• Messing

Eigenschaften:

• Legierung aus Kupfer und Zink
• dekorative goldähnliche Farbe
• häufig bei Armaturen und Beschlägen

Braun-golden

Möglicher Kandidat:

• Bronze

Eigenschaften:

• Legierung aus Kupfer und Zinn
• dunkler als Messing
• hohe Härte
• häufig bei Skulpturen und Glocken

Silbrig

Weitere Tests notwendig.

Silbrig erscheinende Metalle unterscheiden

Blei

Merkmale:

• außergewöhnlich schwer
• sehr weich
• mit dem Fingernagel teilweise ritzbar
• dumpfer Klang beim Anschlagen

Verwendung:

• Gewichte
• Strahlenschutz
• historische Wasserleitungen

Zinn

Merkmale:

• weich und biegsam
• silbrig glänzend
• erzeugt beim Verformen oft das sogenannte Zinngeschrei

Das Zinngeschrei

Beim Biegen eines Zinnstücks kann ein knirschendes oder quietschendes Geräusch entstehen. Dieses Geräusch wird durch die Bewegung der Kristallstruktur verursacht und gilt als klassisches Erkennungsmerkmal von Zinn.

Silber

Merkmale:

• heller Metallglanz
• hohe elektrische Leitfähigkeit
• läuft mit der Zeit schwarz an

Silbertest mit gekochtem Ei

Gekochte Eier setzen geringe Mengen schwefelhaltiger Verbindungen frei.

Wird Silber mit diesen Verbindungen in Kontakt gebracht, entsteht schwarzes Silbersulfid.

Reaktionsgleichung:

2 Silber + Schwefelwasserstoff → Silbersulfid + Wasserstoff

Formelschreibweise:

2 Ag + H₂S → Ag₂S + H₂

Die Schwarzfärbung kann als Hinweis auf Silber dienen.

Gold

Merkmale:

• gelber Metallglanz
• sehr hohe Dichte
• außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit
• läuft nicht an

Beständigkeit gegenüber Säuren

Gold reagiert nicht mit den meisten Säuren.

Eine bekannte Ausnahme ist das sogenannte Königswasser, eine Mischung aus Salzsäure und Salpetersäure.

Diese Eigenschaft macht Gold zu einem Edelmetall.

Die Bedeutung der Dichte

Die Dichte gehört zu den wichtigsten Bestimmungsmerkmalen.

Metall	Dichte (g/cm³)
Aluminium	2,7
Zink	7,1
Zinn	7,3
Eisen	7,9
Messing	8,4–8,7
Bronze	8,7–8,9
Kupfer	8,9
Silber	10,5
Blei	11,3
Gold	19,3

Dichte bestimmen

Die Dichte berechnet sich aus: Dichte = Masse / Volumen

oder ausgeschrieben: ρ = m / V

Dabei gilt:

ρ = Dichte
m = Masse
V = Volumen
Die Einheit der Dichte ist meist:

Gramm pro Kubikzentimeter (g/cm³)
Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³)

Beispiel:

Eine Metallprobe hat:

Masse = 89 g
Volumen = 10 cm³

Dann ergibt sich:

Dichte = 89 g / 10 cm³

Dichte = 8,9 g/cm³

Dieser Wert entspricht ungefähr der Dichte von Kupfer.

Legierungen

Viele Alltagsgegenstände bestehen nicht aus reinen Metallen, sondern aus Legierungen.

Messing

Zusammensetzung:

• Kupfer
  
• Zink
  

Eigenschaften:

• goldgelbe Farbe
  
• korrosionsbeständig
  
• gut bearbeitbar
  

Bronze

Zusammensetzung:

• Kupfer
• Zinn

Eigenschaften:

• hohe Festigkeit
• gute Gießbarkeit
• charakteristischer Klang

Edelstahl

Zusammensetzung:

• Eisen
• Chrom
• weitere Legierungselemente

Eigenschaften:

• korrosionsbeständig
• hygienisch
• teilweise magnetisch

Zusammenfassung des Bestimmungsschlüssels

Magnetisch?
│
├─ Ja
│   │
│   ├─ Rostet leicht?
│   │   └─ Eisen / unlegierter Stahl
│   │
│   └─ Rostet kaum?
│       └─ Edelstahl (manche Sorten schwach magnetisch)
│
└─ Nein
   │
   ├─ Sehr leicht?
   │   └─ Aluminium
   │
   └─ Normal bis schwer
       │
       ├─ Rötliche Farbe?
       │   └─ Kupfer
       │
       ├─ Gelbgoldene Farbe?
       │   └─ Messing
       │
       ├─ Braun-goldene Farbe?
       │   └─ Bronze
       │
       └─ Silbrig
           │
           ├─ Sehr schwer und weich?
           │   └─ Blei
           │
           ├─ Weich, biegsam,
           │   │  "Zinngeschrei" hörbar?
           │   └─ Zinn
           │
           ├─ Läuft mit Schwefel
           │   │  schwarz an?
           │   └─ Silber
           │
           ├─ Sehr korrosionsbeständig,
           │   │  hoher Wert?
           │   └─ Gold
           │
           └─ Weitere Prüfung nötig

Fazit

Mit Magnet, Waage, Lupe und einigen einfachen Beobachtungen lassen sich viele Metalle und Legierungen zuverlässig bestimmen. Besonders hilfreich sind dabei Magnetismus, Farbe, Gewicht, Korrosionsverhalten und spezielle Eigenschaften wie das Zinngeschrei oder das Anlaufen von Silber.

Die Untersuchung unbekannter Metalle verbindet Physik, Chemie und Werkstoffkunde und eignet sich hervorragend für Schulprojekte, Ausstellungen und technische Sammlungen.