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Warum zerstört Gallium Aluminium
 
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Arne



Anmeldungsdatum: 17.10.2013
Beiträge: 2

BeitragVerfasst am: 17. Okt 2013 20:02    Titel: Warum zerstört Gallium Aluminium Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Ich muss in der Schule einen Vortrag halten, bei dem ich die Reaktion von Gallium und Aluminium erklären und veranschaulichen soll. Ich selbst kenne die Reaktion nur von YouTube Video's weiß aber weder den Namen der Reaktion, noch wo ich da Googlen bzw Nachschlagen kann. Ivh weiß bis jetzt nur das sich die größeren Gallium Atome sich irgentwie in das Metallgitter des Aluminiums quetschen und somit die Struktur zerstören. Wenn ihr noch weiter Info's zu dem Thema habt nehme ich sie dankend an! LG Arne

Meine Ideen:
Meine Idee ist das sich die größeren Galliumatome (wie in der Fragestellung beschrieben) sich in das Metallgitter der kleineren Aluminium Atome "drücken" und es somit zerstören.
Daniel35



Anmeldungsdatum: 10.09.2012
Beiträge: 1127

BeitragVerfasst am: 17. Okt 2013 20:24    Titel: Antworten mit Zitat

Nun ja, es bildet sich eine Legierung. Durch Schmelzpunkterniedrigung fällt der Schmelzpunkt unter Raumtemperatur und wird flüssig.
Arne



Anmeldungsdatum: 17.10.2013
Beiträge: 2

BeitragVerfasst am: 17. Okt 2013 20:45    Titel: Antworten mit Zitat

Wie nennt sich denn diese Reaktion, gibt es vielleicht eine bestimmte "Gruppe" an Metallen die von Gallium so beeinflusst werden? Und was passiert bei der Reaktion genau?
Warum wandern die Atome in das Metallgitter von Aluminium (sie könnten ja auch einfach obden drauf "liegen bleiben" ) Und in wiefern wird das Metallgitter zerstört?
Ein paar mehr und genauere Informationen wären nett, vielen Dank im vorraus! :-)
Hilfe
Brassica



Anmeldungsdatum: 06.10.2013
Beiträge: 248
Wohnort: Berlin

BeitragVerfasst am: 17. Okt 2013 21:06    Titel: Antworten mit Zitat

Für das erste als Nachtlektüre:
http://de.wikipedia.org/wiki/Gallium
Weltformel
Gast





BeitragVerfasst am: 05. Apr 2018 01:35    Titel: Warum schwächt Gallium große Alu-Teile insgesamt?? Antworten mit Zitat

1.) Zur oben gestellten (Schülerfrage Big Laugh ) weshalb Zitat "das Gallium in das Metallgitter vom Alu wandert":

Antwort: An der Kontaktstelle entsteht eine flüssige Schmelze (das Gitter löst sich auf). Eben wie Streusalz auf einem vereistem Gehweg ... { (NaCl=fest) + (Eis=fest) --> (beides zusammen flüssig) }. Durch die, in der Schmelze nun mögliche, Brownsche Molekularbewegung wandert ein Teil der Atome in die jeweils andere Zone (Diffusion). Einerseits breitet sich die Schmelze so aus, andererseits vermischen sich die Teilchen.

2.) Weshalb ich hier bin: Auf Youtube habe ich Versuche gesehen, wo ca. 1 cm große Klekse Gallium auf bis 7, 8, 9 cm große Alu-Formteile aufgebracht wurden. Nach 1 oder 2 Tagen ließen sich die gesamten Teile bis in die letzte Ecke zerbröseln! Wie kann das sein? Im Studium habe ich gelernt, dass Diffusionsgeschwindigkeiten ruhender Flüssigkeiten nur wenige Zentimeter pro Jahr beträgen (ca. 2 bis 3 cm). Konvektiver Transport durch Dichteunterschiede z.B. fällt hier ebenso weg, u.a. weil ein flach liegender CPU-Kühler bis in die letzte Rippe zerbröselt wurde. Das heißt, von der Kontaktstelle horizontal viele Zentimeter entfernte Bereiche. Außerdem bleibt das Material insgesamt ja auch fest (es versprödet halt komplett)? Was zum Geier passiert da chemisch (oder physikalisch)?!? Wird das Metallgitter geschwächt, indem ihm z.B. Elektronen massiv entzogen- oder hinzugeführt werden? Muß leider gestehen, dass mein chemisches Wissen fast komplett futsch ist und mir das Niveau des Forums hier unklar ist, aber vielleicht hat jemand eine logische Erklärung ...?
Weltformel



Anmeldungsdatum: 05.04.2018
Beiträge: 13

BeitragVerfasst am: 05. Apr 2018 01:46    Titel: Antworten mit Zitat

Das Video mit dem CPU-Lüfter

https://youtu.be/4HKpMYJ-6go
Weltformel



Anmeldungsdatum: 05.04.2018
Beiträge: 13

BeitragVerfasst am: 05. Apr 2018 05:19    Titel: Antworten mit Zitat

Hier ein weiteres, m.M.n. sehr wertvolles Video:

https://youtu.be/aGxsHkWRF-E

Optimalerweise liegt eine Uhr daneben. Eine sich an der Oberfläche ausbreitende Veränderung ist hier deutlich sichtbar:

https://youtu.be/aGxsHkWRF-E?t=42s

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit liegt in der Größenordnung [cm/min], wobei scheinbar eine Verflüssigung nur an der Oberfläche stattfindet (verwirrt mich gerade zusätzlich)? Oberflächenspannung? Unabhängig davon kann die Schmelzpunkterniedrigung nicht der einzige Effekt sein, denn die Körper behalten ihren festen Zustand. Nur an Stellen, welche mit dem Gallium in Kontakt kamen, entstehen Vertiefungen. Mit 99% vergessenem TU-Wissen erkenne ich hier einen m.E. relativ stark (?) exergonischen Vorgang, wobei die Ausbreitungs-Geschwindigkeit aus physikalisch- / thermodynamischer Sicht für mich ein völliges Rätsel darstellt? Breiten sich hier Galliumrümpfe zwischen den Aluminiumrümpfen räumlich aus?

Falls ja (was jeglichem Verständnis meinerseits widerspricht): Welcher Antrieb steckt dahinter? Wie kann das in einem Feststoff ablaufen, wenn nicht durch Diffusion? "Flutschen" sie "widerstandslos durch das Alu-Metallgitter" und verteilen sich gleichmäßig im ganzen Bauteil, z.B. durch irgendwelche Elektronen-/Anziehung-/Abstoßungskräfte? (Ja, ist mir selber peinlich solches aus der Luft gegriffenes Zeug zu reden ). Themodynamisch würde die Entropie natürlich so ein Maxmimum erreichen, aber welcher physikalisch-chemische Mechanismus sollte da ohne äußerem Zwang hinterstecken, wenn nicht die Brownsche Molekularbewegung? Wie gesagt, solche Vorgänge laufen rein natürlich nur sehr langsam ab, sogar bei Gasen zentimeterweise über Tage, wenn keine Konvektion dazukommt? Normalerweise.

Oder ist es möglicherweise eine Art "sich fortpflanzende Umkristallisierung"? (davon habe ich absolut Null Plan, aber spontan aus dem Bauch käme es mir logisch vor. Zwar wäre mir "innerer Druck" bei Feststoffen etwas neues, aber thermodynamisch ergäbe das Sinn. Also nicht wie bei Fluiden, dass sich der messbare, "äußere" Druck vergrößert, sondern halt "innerlich", sozusagen eine im Volumen entstehende Spannung, wodurch sich die Struktur ändert. Aber reine Spekulation.)


Hilfe ... jemand ne Idee?

cry
magician4
Administrator


Anmeldungsdatum: 05.10.2009
Beiträge: 11258
Wohnort: Hamburg

BeitragVerfasst am: 05. Apr 2018 14:45    Titel: Antworten mit Zitat

ein paar gedanken, so aussm stehgreif:

- die videos zeigen uns zwei verschiedene prozesse: zum einen die bildung einer Ga/Al-legierung, zum anderen die korrosion eines durch Ga-kontamination "entpassivierten" Al-werkstuecks (denn das was da schlussendlich zerbroeselt wird durfte haupts. nur noch nen mix aus Al-oxiden und -hydroyiden sein: das zeug war komplett oxidativ durchgefressen)

- wie in dem einen video erwaehnt, reagiert Ga in der hydrolyse des Al/Ga-systems nicht (sondern kann, wie dort angemerkt, elmentar zurueckgewonnen werden)
Ga-kontamination wird durch hydroxse/oxidation nicht "unwirksam"

hieraus ergibt sich fuer mich folgende hypothese:

(a) Gallium bildet mit Aluminium eine (ggf. fluessige temperatur, zusammensetzung, ggf. mal phasendiagram ansehen) legierung.
dieser prozess ist -wie gewohnt - makroskopisch eher langsam ( man beachte den rest "unverbrauchten" Ga in den videos)

(b) fluessiges Ga hat "kriechoel"-artige eigenschaften und unterkriecht insbes. die grenze zwischen Al und dessen aeusserlicher passivierungsschicht
dieser prozess durfte recht schnell sein und haupts. ueber kapilarkraefte seine erklaerung finden

... und da die Ga/Al-legierung korrosionstransparent ist (ich sehe hier in den "trocken-"beispielen luftsauerstoff als verantwortliches oxidationsmittel), frisst sich eine korrosionszone von aussen durch die legierung und "schiebt" dabei das Gallium stets vor sich her:




... und da es sich bei den werkstuecken um baugroessen im mm bereich gehandelt hat, ueberrascht denjenigen der schon mal ein kleines stueck Na an trockener luft hat vergammeln sehen die hier gezeigte geschwindigkeit nicht wirklich


soweit mal meine "spontananalyse an frischem spekulatius, mit viel schlagsahne + guter-wille-sosse"
... und falls kollegen/-innen bes. aussm werkstoffbereich hier noch korrekturen/ergaenzungen haben: willkommen


gruss

Ingo

_________________
ein monat im labor erspart einem doch glatt ne viertel stunde in der bibliothek!
Weltformel



Anmeldungsdatum: 05.04.2018
Beiträge: 13

BeitragVerfasst am: 05. Apr 2018 19:32    Titel: Antworten mit Zitat

Danke für die Antwort! Muss ich erst drüber nachdenken (und z.T. Begriffe nachschauen *hust*).

Dass Kapillarkräfte im Spiel sind, den Verdacht werde ich auch nicht los.

Eine weitere, unausgegorene Theorie hätte ich evtl noch: Gallium weist eine Dichteanomalie auf, heißt es ist im festen Zustand ca 3% voluminöser. Könnte es nicht sein, dass auf mikroskopischer Ebene (auf welche Weise auch immer) kleine Risse im Aluminium entstehen, in die weitere Gallium flutscht und sich der Vorgang solange wiederholt, bis der Riss an einer Seite ankommt? Ähnlich, wie Wasser in Beton-Poren bei Frost kleine Risse sprengt, in die wiederum Wasser fließen kann usw usf?

Wie gesagt, ist nur eine schwammige Überlegung. Müsste ich erst Wissen über das Phasendiagramm reaktivieren, wie der Vorgang darin aussehen könnte. Das sich nebenbei gesagt, mit dem Druck möglicherweise nach vorne und hinten ändert, oder auch nicht.

Es könnten auch beide Theorien im Zusammenspiel sein. Auf jeden Fall ein interessantes Thema.

Das Forum finde ich lustig. Teilweise, weil man die blödsten Dinge wieder vergessen hat, teilweise finde ich einige scheinbar naive Fragen gar nicht so "blöd" wie es auf den ersten Blick scheint bzw. sie inspirieren, sich tiefergende Gedanken zu machen.

_________________
dG = -S∙dT + V∙dP + Σµi∙dNi
VolT4ge
Gast





BeitragVerfasst am: 11. Jun 2018 19:44    Titel: Antworten mit Zitat

die elektrochemische spannungsreihe könnte auch einen zusätzlichen effekt darauf habe, also das eines der beiden metalle edler ist als das andere
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