Ist Bronze magnetisch?

Bronze ist eines der ältesten und vielseitigsten Materialien der Menschheit und reicht über 5.000 Jahre zurück bis zu den Anfängen der Zivilisation. Diese ikonische Kupferlegierung hat einen auffälligen bräunlichen Farbton und wurde zu allem Möglichen verarbeitet, von antiken Waffen bis hin zu modernen Schiffskomponenten. Doch eine Frage hat Metallarbeiter und Wissenschaftler über die Jahrhunderte hinweg immer wieder vor Rätsel gestellt: Ist Bronze magnetisch?

In diesem umfassenden Leitfaden finden Sie als Fachmann Hersteller von Neodym-Magnetenwerden wir die Wahrheit über die magnetischen Eigenschaften von Bronze enthüllen. Sie werden herausfinden, was Metalle magnetisch macht, warum Bronze sich dem Trend widersetzt und wie Sie Bronzeobjekte auf magnetische Anziehung oder Abstoßung testen können. Am Ende werden Sie die endgültige wissenschaftliche Antwort auf diese uralte Frage haben.

Warum manche Metalle magnetisch sind und andere nicht

Magnetismus entsteht durch die einzigartige Bewegung von Elektronen in verschiedenen Materialien. Vereinfacht ausgedrückt dreht sich jedes Elektron um seine eigene Achse und umkreist den Kern seines Atoms. Dadurch wird ein kleines Magnetfeld erzeugt.

In den meisten Materialien ist die Ausrichtung dieser winzigen Magnetfelder zufällig. Sie zeigen in alle möglichen Richtungen und heben sich gegenseitig auf. In ferromagnetischen Materialien wie Eisen richten sich die Felder jedoch spontan parallel zueinander aus, auch ohne dass ein externer Magnet vorhanden ist. Dadurch entsteht ein Gesamtmagnetfeld, das es diesen Metallen ermöglicht, an Magneten zu haften.

Aber was macht bestimmte Metalle ferromagnetisch, während andere wie Bronze es nicht sind? Die Antwort liegt in ungepaarten Elektronen.

Die Rolle der ungepaarten Elektronen

Wenn die Elektronen um die Atomkerne kreisen, bilden sie normalerweise ein Paar, wobei ihre Spins in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sind. Durch diese Aufhebung wird jeglicher Magnetismus neutralisiert.

Übergangsmetalle und Seltenerdmetalle enthalten jedoch ungepaarte Elektronen in ihren äußeren Orbitalschalen. Diese ungepaarten Elektronen sorgen dafür, dass sich die Magnetfelder der Metalle ausrichten können, anstatt sich gegenseitig zu neutralisieren.

Die drei Metalle mit der höchsten Anzahl ungepaarter Elektronen sind Eisen, Kobalt und Nickel. Es ist kein Zufall, dass diese drei Metalle und ihre Legierungen den stärksten Ferromagnetismus aufweisen.

Ist Bronze magnetisch? Die kurze Antwort

Die Bronze ist im Allgemeinen nicht magnetisch und besteht hauptsächlich aus Kupfer (diamagnetisch) und Zinn (paramagnetisch). Da der Beitrag des Paramagnetismus von Zinn jedoch sehr gering ist, sollte Bronze als praktisch unmagnetisch angesehen werden. Selbst wenn einige Bronzelegierungen ausschließlich Spuren von Nickel enthalten, das magnetisch ist, bleibt die Legierung im Wesentlichen nicht magnetisch. Dieser Aspekt der Bronze eignet sich für verschiedene Anwendungen, bei denen es zu Störungen des Magnetismus kommen kann. 

Warum Bronze keine magnetische Anziehungskraft hat

Da Sie nun wissen, warum Eisen an Ihrem Kühlschrankmagneten haften kann, fragen Sie sich vielleicht, warum vielseitige Bronze nicht haftet. Sollte diese klassische Legierung nicht einen gewissen Magnetismus aufweisen?

Der Grund dafür liegt in der Zusammensetzung und der Elektronenkonfiguration von Bronze.

Nichtmagnetische Bestandteile von Bronze

Bronze enthält traditionell 88-95% Kupfer und 5-12% Zinn. Keines dieser Elemente hat ungepaarte Elektronen in seinen äußeren Schalen.

Kupfer hat eine gefüllte äußere Elektronenhülle, während Zinn zwei Einzelelektronen hat, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehen. Dies hebt jeglichen Magnetismus auf. Da keine ungepaarten Elektronen Magnetfelder erzeugen, weisen beide Metalle keinen Ferromagnetismus auf.

Das erklärt, warum Kupfer und Zinn für sich genommen nicht magnetisch sind. Interessanterweise bleibt die Legierung aber auch unmagnetisch, wenn sie zu Bronze verarbeitet wird.

Aufrechterhaltung des Nicht-Magnetismus in der Legierung

Man könnte annehmen, dass die Kombination von Kupfer und Zinn einen gewissen Gesamtmagnetismus erzeugt. Aber die metallische Bindung von Bronze behält die nichtmagnetischen Eigenschaften der Bestandteile bei.

Die Kupferatome geben ihre äußeren Schalenelektronen an die Zinnatome ab. Dadurch entsteht ein symmetrisches, nichtmagnetisches Gleichgewicht freier Elektronen in der Legierung. Während die Elektronen des Zinns ungepaart werden, bewegen sie sich gleichmäßig zwischen den positiven Kupferionen in einem "Elektronenmeer". Da sich die Elektronen immer noch im Gleichgewicht befinden, kann kein Magnetismus entstehen.

Wann kann Bronze magnetisch werden?

Während die herkömmliche Bronze mit ihrer Kupfer-Zinn-Kombination stur unmagnetisch bleibt, können ungewöhnliche Legierungen mit Eisen, Kobalt oder Nickel Magnetismus aufweisen. Wie ermöglichen Legierungselemente, dass Bronze magnetisch wird?

Eisenbronze

Einige antike Bronzen enthielten Eisen, entweder durch Verunreinigungen im Erz oder durch absichtliche Zugabe. Aber war diese Eisenbronze magnetisch? Überraschenderweise lautet die Antwort im Allgemeinen nein.

Die winzigen Spuren von Eisen, die in diesen frühen Legierungen enthalten waren, reichten nicht aus, um Magnetismus hervorzurufen. Außerdem hielt die metallische Bindung der Bronze die Eisenatome zu isoliert, um ihre Magnetfelder auszurichten und Anziehung zu erzeugen. Wenn jedoch genügend Eisen in die Legierung gelangte, konnte ein gewisser Magnetismus entstehen.

Moderne Eisenbronzen machen sich diese Tatsache zunutze. Mit etwa 5-10% Eisen weisen sie verbesserte magnetische Eigenschaften auf. Der höhere Eisengehalt ermöglicht die Bildung magnetischer Domänen unter Beibehaltung hilfreicher Bronzeeigenschaften.

Nickel-Bronze

Nickelbronzen verhalten sich ähnlich wie Eisenlegierungen. Herkömmliche Bronze ist unter nicht oxidierenden Bedingungen korrosionsbeständig. Aber bei Anwendungen wie Schiffsschrauben wird die Legierung durch oxidierendes Meerwasser schnell zersetzt. Ein geringer Nickelzusatz von etwa 5-10% erzeugt eine schützende Nickeloxid Schicht, die Korrosion verhindert.

Wie bei Eisen reichen diese Nickelanteile nicht aus, um allein Magnetismus zu erzeugen. Eine gewisse Nickelmigration kann jedoch allmählich lokale Magnetfelder ausrichten, wenn die Legierung korrodiert. Dies führt zu einer geringfügigen Anziehungskraft auf Magnete in Nischenbedingungen.

Zusätzliche Legierungselemente

Aluminium- und Manganbronzen beruhen ebenfalls auf korrosionsbeständigen Oberflächenoxiden, die sie schwach magnetisch machen, wenn im Laufe der Zeit Erosion auftritt. Bei einigen Phosphorbronzen können Spuren ferromagnetischer Elemente wie Eisen und Kobalt verwendet werden, um Sauerstoffverunreinigungen während der Herstellung zu entfernen. Dies kann zu einer leichten magnetischen Anziehung führen.

Im Großen und Ganzen bleibt die normale Zinn-Kupfer-Bronze jedoch trotz geringer Mengen an Legierungselementen unmagnetisch. Nur wenn erhebliche Anteile ferromagnetischer Metalle hinzugefügt werden, kann eine Bronzelegierung richtig magnetisch werden.

Prüfung von Bronze- und Kupferlegierungen auf Magnetismus

Jetzt, da Sie die Wissenschaft hinter dem sporadischen Magnetismus von Bronze verstehen, möchten Sie vielleicht Ihre eigenen Artefakte aus Kupferlegierungen testen. Hier sind einige einfache Methoden, um Bronze und andere Gegenstände auf magnetisches Verhalten zu prüfen:

Der Schwebetest

Mit diesem Test können Sie jeden kleinen Bronzegegenstand auf Magnetismus prüfen, z. B. Schmuck, Münzen oder Bastelartikel. Du brauchst eine Schale mit flachem Boden, Wasser und einen kleinen Kühlschrankmagneten.

Füllen Sie zunächst die Schale mit Wasser, so dass unterhalb des Randes ein Abstand von 2,5 cm bleibt. Legen Sie dann den fraglichen Gegenstand vorsichtig auf die Wasseroberfläche. Wenn er sinkt, versuche es mit einem kleineren Gegenstand oder füge ein Floß aus Büroklammern hinzu, damit er schwimmt.

Halten Sie den Magneten einen Zentimeter über den schwimmenden Gegenstand und senken Sie ihn langsam senkrecht zur Wasseroberfläche. Wenn der Testgegenstand aus dem Wasser springt oder dem Magneten entgegeneilt, zeigt er Ferromagnetismus. Wenn jedoch die Oberflächenspannung des Wassers den Gegenstand genau dort festhält, wo er liegt, wenn Sie den Magneten in die Nähe bringen, hat Ihre Bronze keine magnetische Anziehungskraft.

Bei dieser Methode wird der Prüfling von allen störenden Metallen isoliert, so dass selbst leichter Magnetismus deutlich sichtbar wird.

Die Quick-Pick-Methode

Wenn Sie größere Bronzeobjekte oder -skulpturen schnell testen möchten, versuchen Sie es mit der Quick-Pick-Technik. Halten Sie den Magneten fest und berühren Sie mit der Unterseite vorsichtig die Bronzeoberfläche in einem Winkel von 45°. Schieben Sie ihn langsam darüber und halten Sie dabei den Kontakt.

Wenn der Magnet mühelos über die Bronze gleitet, ist keine magnetische Anziehung vorhanden. Wenn der Magnet jedoch hängen bleibt und schleift, deutet dies auf Bereiche mit leichtem Magnetismus hin. Sie können dies an korrodierten Stellen oder an Verbindungsteilen feststellen, wenn diese Eisen oder Nickel enthalten.

Für eine höhere Empfindlichkeit ohne Kratzer kleben Sie eine Schicht Schaumstoff auf die Unterseite Ihres Magneten. Dadurch wird der Kontakt abgefedert und selbst eine schwache magnetische Anziehungskraft sichtbar gemacht.

Magnetischer Betrachtungsfilm

Magnetische Betrachtungsfolie bietet den wissenschaftlichsten Ansatz zur Beurteilung von Bronzeartefakten auf Magnetismus. Kleben Sie einfach eine Folie fest auf die zu untersuchende Bronzeoberfläche. Führen Sie dann einen Magneten unter die Rückseite der Folie.

Der haltbare Acetatfilm zeigt sofort alle magnetischen Bereiche auf der Bronze durch die Ausrichtung der eingebetteten mikroskopisch kleinen Nickelsplitter im Inneren des Materials an. Dort, wo sich die Scherben zu soliden schwarzen Linien und Gruppierungen zusammenballen, weist Ihre Bronze messbaren Magnetismus auf.

Wenn hingegen nur zufällige dunkle Flecken auf der Oberfläche erscheinen, können Sie davon ausgehen, dass Ihre Legierung keine nennenswerte magnetische Anziehung oder Abstoßung aufweist. Mit dieser Methode lassen sich auch ferromagnetische Verunreinigungen auf moderneren bearbeiteten Teilen erkennen.

Die wichtigsten Erkenntnisse über Bronze-Magnetismus

• Die herkömmliche Zinn-Kupfer-Bronze weist aufgrund der gepaarten, sich aufhebenden Elektronen keine magnetischen Eigenschaften auf. Kupfer und Zinn sind auch einzeln nicht magnetische Metalle.
• Legierungselemente wie Eisen, Nickel, Mangan, Aluminium und Kobalt können einen leichten Magnetismus hervorrufen, wenn ihre Konzentration etwa 5% der Bronze überschreitet.
• Korrosion über Jahrzehnte und Jahrhunderte hinweg kann vergrabene ferromagnetische Zusätze freilegen und so Bereiche mit leichtem Magnetismus in alten Bronzen verursachen.
• Sie können Bronzen durch Flotation, schnelles Gleiten eines Magneten oder magnetischen Sichtfilm auf Magnetismus prüfen.

Im Laufe von Tausenden von Jahren menschlicher Zivilisation hat Bronze Schlachtfelder übersät, Königshäuser geschmückt und Reiche auf der ganzen Welt gestärkt. Diese vielseitige Legierung leistet uns trotz ihrer langen Geschichte auch heute noch gute Dienste.

Die Enträtselung des Geheimnisses des gelegentlichen Magnetismus von Bronze wirft ein Licht auf die zugrunde liegende Wissenschaft der Metalllegierungen. Außerdem können Sie Ihre eigenen unschätzbaren Artefakte und Schätze auf die dauerhafteste aller Eigenschaften testen - die Anziehungskraft von Magnetsteinen.

Stöbern Sie also in Ihrem Lager und holen Sie Großvaters alte Bronze-Erinnerungsstücke oder das Artefakt, das Sie in Ihrem Garten gefunden haben, hervor. Mit diesen magnetischen Tests können Sie die reichen Geschichten hinter der Reise der Bronze durch die Zeit enthüllen.