Messing: Was ist damit gemeint?

Lösung: A. Die beiden Atomsorten diffundieren unterschiedlich schnell, und die Diffusion verläuft über den Leerstellenmechanismus

Zink diffundiert schneller in das Kupfer als Kupfer in das Messing, sodass mehr Atome die Messingseite verlassen als hineingelangen. Da die Substitutionsdiffusion durch Platzwechsel mit Leerstellen abläuft, fließen Leerstellen entgegen dem Nettoatomstrom; auf der Messingseite verschwinden Gitterebenen, und die Markierungen wandern zur Messingseite. Dieses historische Experiment zeigte, dass die Diffusion über den Leerstellenmechanismus abläuft. Bei reinem Zwischengittermechanismus bliebe die Zahl der Gitterplätze unverändert, und die Markierungen würden sich nicht bewegen. Sammeln sich die überschüssigen Leerstellen, entstehen Kirkendall-Poren, die z. B. die Zuverlässigkeit von Lötverbindungen verringern.

Lösung: C. Die gelösten Atome streuen die Leitungselektronen und verkürzen deren mittlere freie Weglänge, sodass mit der elektrischen auch die Wärmeleitfähigkeit sinkt

In Metallen wird Wärme hauptsächlich von Leitungselektronen transportiert; die Wärmeleitfähigkeit ist daher nahezu proportional zur elektrischen Leitfähigkeit (Wiedemann-Franzsches Gesetz). Im Kupfergitter gelöste Zinkatome stören die Periodizität der Atomanordnung und streuen die Elektronen; die mittlere freie Weglänge der Elektronen wird kürzer, und die elektrische Leitfähigkeit von Messing beträgt nur rund 30 % der von reinem Kupfer. Ebenso sinkt die Wärmeleitfähigkeit von etwa 400 auf etwa 120 W/(m·K). Zink selbst ist ein Metall mit einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 116 W/(m·K) und kein Stoff, der Wärme nicht leitet. In Metallen transportieren die Phononen ohnehin nur einen kleinen Teil der Wärme, sodass eine geringe Änderung der Gittereigenschaften eine so starke Abnahme nicht erklären kann.