Jeder „richtige“ Junge bastelte früher an Elektrogeräten herum. Dazu benötigte er unbedingt einen Lötkolben. Das fiel mir wieder ein, als jüngst bei uns ein neuer Heizkörper installiert wurde. Dabei wurden die Kupferrohre unter Einsatz eines Gasbrenners („Lötlampe“) mit Zinn verbunden. Warum soll man das, was dahinter steckt, nicht mal im Chemieunterricht thematisieren? Schließlich ist das Alltagschemie par excellence...

Bild 1: Kolbenlöten
(Foto: Christel)

Versuch 1: Löten Abzug, für frische Luft sorgen! Achtung, der Lötkolben ist sehr heiß! Feuerfeste Unterlage (z. B. Kachel) verwenden. Mit Weichlot werden zwei zusammengelegte Kupferdrähte verbunden. Wir benutzen dazu einen Lötkolben und einen Lothohldraht. Die beiden Drahtstücke sollte man vorher auf der Unterlage fixieren, z. B. mit Tesafilm®.

Bild 2: Ergebnis von Versuch 1
(Foto: Blume)

Löten ist ein Verfahren zum stofflichen Verbinden von metallischen Werkstücken mit Hilfe geschmolzener Metalle (Lote).

Man spricht auch von stoffschlüssigem Verbinden. Da die Lotmetalle Lücken zwischen den Werkstücken ausfüllen, nennt man sie auch Zulegemetalle.

Voraussetzung für das Löten ist, dass die Metalle mit dem Lotmetall Legierungen bilden können, dass die zu verbindenden Werkstücke sich also echt stoffschlüssig im Sinne der Bildung eines einheitlichen Stoffs verbinden. So bildet Kupfer mit seinem typischen Lötmetall Zinn bekanntlich Bronze.

Im Prinzip gibt es deshalb für jedes Metall oder Legierung ein Lotmetall. Man spricht von Hartloten, wenn die Lote einen hohen Schmelzpunkt haben. Ist der Schmelzpunkt niedrig, so handelt es sich um Weichlote. Nur die sollen heute unser Thema sein. Nehmen wir das Beispiel des Lötens von Kupfer oder Kupferlegierungen wie Messing.

Eigentlich würde Zinn zum Löten von Kupfer allein ausreichen. Lote müssen aber bei deutlich niedrigeren Temperaturen schmelzen als die zu verbindenden Metalle. Das ist wichtig, damit sich beim Löten die Werkstücke wegen des Erhitzens nicht verändern.

Um den eigentlich schon recht niedrigen Schmelzpunkt des Zinns (231,8 °C) weiter zu senken, werden Blei und andere Metalle hinzugefügt. Dahinter steckt die Tatsache, dass Mischungen einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als die Reinstoffe. Das Stichwort ist Schmelzpunkterniedrigung. Z. B. hat das von Bastlern üblicherweise verwendete „Sickerlot“, das bei 181 °C schmilzt, einen Zinngehalt von 64,1 %.

Die prozentuale Zusammensetzung bestimmt also den Schmelzpunkt. Bei den Loten kann die Zusammensetzung stark variieren.

Zusammensetzung von üblichen Weichloten

Metalle	Masse%
Sn	25 - 65
Pb	73 - 37
Sb	1,5 - 3,5
Sonstige wie Cu oder Ag	0,5

Die zugesetzten Metalle sind genauso gute Legierungspartner des Kupfers oder seiner Legierungen (Messing und Bronze) wie das Zinn. Mit Blei kann Kupfer zu Bleibronze legiert werden. Diese wird zum Beispiel als Lagermetall zum Bau von Eisenbahnradachsen verwendet.

Lot-Aufbringungshilfsmittel
Beim Löten fließt das flüssige Lot zwischen die Werkstück-Flächen. Es breitet sich dort aufgrund von Kapillarkräften raumfüllend aus. Es bilden sich dann Legierungen mit den Werkstückmetallen.

Das Einfließen verläuft aber nicht so ganz problemlos. So muss die Stelle von Fettresten und von Oxidbelägen gereinigt werden. Außerdem muss der Sauerstoff während des Lötens vor allem mit einem Lötkolben ferngehalten werden. Dazu bedarf es eines Flussmittels (Lot-Aufbringungshilfsmittel). Dabei handelt es sich um Mischungen von organischen und anorganischen Stoffen, die sich nicht mit dem Lotmetall verbinden. Entweder trägt man diese Flussmittel vor dem Löten auf die zu verbindenden Stellen auf, oder man findet sie - was besonders praktisch ist - in den Lotmetallhohldrähten eingearbeitet vor.

Bild 3: Lotmetallhohldraht
(Foto: Blume)

Flussmittel sind Lösungen oder Pasten von sauren Salzen wie Ammoniumchlorid und Zinkchlorid. Manchmal mischt man ihnen auch Salzsäure zu. Die ist vor allem im Lötwasser enthalten, mit dem man zu lötende Stellen vor dem Löten reinigt. Hinzu kommen noch organische Substanzen wie Harz und Kolophonium, ein modifiziertes Naturharz. Sie sollen die Benetzbarkeit der zu verbindenden Werkstücke durch flüssiges Lotmetall verbessern. Man erkennt sie anhand ihres braun-gelben Rückstands um die Lötstellen (siehe Bild 2). Außerdem riecht der weiße Rauch (Bild 1) nach Harz.

Die Salzsäure und das sauer wirkende Ammoniumchlorid sorgen auch dafür, dass der aus Kupfer bestehende Lötkolben sauber bleibt und vor allem nicht oxidiert wird.

Das Flammenlöten hat den Vorteil, dass wegen Sauerstoffmangels die Oxidation der Lötstelle unterbleibt. Leider muss man aber mit offenen Flammen arbeiten. Das ist Auslöser für viele Dachbrände. Denn beim Verlegen von Dachrinnen aus Kupfer oder Zink werden die Teile mit Lotmetall verbunden.

Bild 4: Flammenlöten
(Foto: Blume)

Lötstellen sehen so aus:

Klick mich an!

Bild 5: Lötstellen
(Foto: Blume)

Zum Löten können wir noch einige chemische Versuche machen.

Versuch 2: Nachweis von Zinn und von Blei im Lötmetall Wir schneiden einige cm Lötmetalldraht ab und zersetzen das Metall mit verdünnter Salpetersäure (w = 5 %) (Xi). Zum Nachweis von Zinn können wir die Leuchtprobe nutzen. Blei weisen wir durch Fällungsreagenzien wie Chlorid oder Sulfat nach. Es bilden sich weiße Niederschläge. Mit Iodid gibt es einen gelben Niederschlag. Entsorgung: Die Lotmetallreste gehören in den Schwermetallabfall.

Versuch 3: Analyse des Lötflussmittels Wenn man Lötflussmittel hat, prüft man den pH-Wert. Zum Nachweis von Ammonium gibt man eine Probe davon in ein Reagenzglas, fügt ein-zwei Pastillen von Ätznatron (NaOH) zu, hängt einen feuchten Streifen von Universalindikatorpapier ins Glas und erwärmt schwach. Chlorid weisen wir nach, indem wir das Flussmittel in etwas Wasser geben, mit verdünnter Salpetersäure (Xi) ansäuern und etwas Silbernitratlösung (Xi) zutropfen. Wenn man nur Lotmetallhohldraht zur Verfügung hat, so kann man das in möglichst kleine Stücke zerschneiden und mit wenig Wasser versetzen und ausschütteln. Dann verfährt man wie eben beschrieben. Analog verfahren wir mit dem Lötwasser. Ergebnis: Die Proben sind im Allgemeinen sauer. Beim Erhitzen mit Alkalien färbt sich das Indikatorpapier aufgrund des gebildeten Ammoniaks blau. Der Chloridnachweis ist positiv.

Rüdiger Blume

Weitere Tipps des Monats