KORROSION UND KORROSIONSSCHUTZ VON METALLEN

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1 11. Einheit: KORROSION UND KORROSIONSSCHUTZ VON METALLEN Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 1 von 16

2 ZIELE DER HEUTIGEN EINHEIT Am Ende der Einheit Korrosion und Korrosionsschutz von Metallen.. kennen Sie Ursachen für die Entstehung von Korrosion. können Sie Säurekorrosion und Sauerstoffkorrosion unterscheiden und jeweils mit Hilfe eines Beispiels erläutern. können Sie den Unterschied zwischen aktivem und passivem Korrosionsschutz erklären. Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 2 von 16

3 WIEDERHOLUNG Chlorid-Ionen greifen die Oxidschicht an Kupferionen dienen als Oxidationsmittel In wässriger Lösung sollte nur folgendes ablaufen: 2 Al s + 6 H 2 O l 2 Al 3+ aq + 6 OH aq + 3 H 2 g 9.3 Protonen (hier H 3 O + -Ionen) werden reduziert Gebundene Sauerstoffionen werden oxidiert Merken Sie sich Verhältnis und Nachweismethoden! 2 H 2 O l 2 H 2 g + O 2 g Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 3 von 16

4 WIEDERHOLUNG Die Kathode ist der Ort der Reduktion: Elektronen werden aus dem äußeren Stromkreis (Kabel) aufgenommen Positive Ionen (Kationen) wandern zur Kathode Die Anode ist der Ort der Oxidation: Elektronen werden an den äußeren Stromkreis (Kabel) abgegeben Negative Ionen (Anionen) wandern zur Anode Elektronen wandern durch das Kabel von Anode zur Kathode Ionen transportieren Ladung durch die Lösung Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 5 von 16

5 GALVANISCHE ZELLE - SPANNUNG Metall (M) und Metall-Kation (M + ) bilden ein sogenanntes Redoxpaar jedes Redoxpaar hat ein Redoxpotenzial E (in Volt) die Spannung einer Galvanischen Zelle lässt sich vereinfacht aus der Differenz der Redoxpotenziale errechnen Beispiel Daniell-Element: Cu/Cu 2+ : +0,35 V Zn/Zn 2+ : -0,76 V U = +0,35 V 0,76 V = 1,11 V M. Tausch: Chemie 2000+, S.149 B4 Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 6 von 16

6 WAS IST KORROSION? lat. corrodere: zerfressen, zersetzen Definition nach der DIN EN ISO: Wechselwirkung zwischen einem Metall und seiner Umgebung, die zu einer Veränderung der Eigenschaften des Metalls führt [..]. Diese Wechselwirkung ist elektrochemischer Natur. nach H. Beckers, BUW 2011 Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 7 von 16

7 KONTAKTKORROSION Ein unedles und edles Metall stehen in direkten Kontakt und sind von einem gemeinsamen Elektrolyten umgeben z.b. Wasser kurzgeschlossene galvanischen Zelle das sogenannte Lokalelement Vorgänge: das unedlere Metall wird fortwährend oxidiert (Auflösung) Unterscheidung nach Reduktion zwischen Säurekorrosion (Reduktion von Protonen) Sauerstoffkorrosion (Reduktion von Sauerstoff) Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 8 von 16 M. Tausch: Chemie 2000+, S.188 B2

8 SÄUREKORROSION Säurekorrosion tritt häufig in sauren Böden auf niedriger ph-wert und Abwesenheit von Sauerstoff Protonen (H + -Ionen bzw. H 3 O + -Ionen) werden zu Wasserstoffatomen reduziert Beispiel Zink in Säure: Zinkmetall löst sich auf Zn Zn e Gasbläschen steigen auf 2 H 3 O + + 2e H 2 + 2H 2 O Reaktion findet bevorzugt an Verunreinigungen (Lokalelement) statt nach H. Beckers, BUW 2011 Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 9 von 16

9 SAUERSTOFFKORROSION Sauerstoffkorrosion tritt oft an der Luft auf Feuchtigkeit und Anwesenheit von Sauerstoff gelöste Sauerstoff-Moleküle (O 2 ) werden zu Hydroxid- Ionen reduziert Beispiel Rosten von Eisen: Eisenmetall löst sich auf Fe Fe e gelöster Sauerstoff wird reduziert O H 2 O + 4e 4 OH Das gebildete feste Eisenhydroxid reagiert weiter zu Rost : 4 Fe(OH) 2 s + O 2 g 4 FeO OH (s) + 2 H 2 O (l) Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 10 von 16 M. Tausch: Chemie 2000+, S.189 B4

10 KORROSIONSSCHUTZ VON METALLEN Passiver Korrosionsschutz das Metall wird mit einer Schutzschicht überzogen wie z.b. beim Einfetten, Lackieren, Verchromen, Verzinken Aktiver Korrosionsschutz das Metall wird durch Gleichstrom oder Verbindung mit unedleren Materialien vor Oxidation geschützt Kathodischer Korrosionsschutz Anodischer Korrosionsschutz nach H. Beckers, BUW 2011 Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 11 von 16

11 11.1. KONTAKTKORROSION VON ZINK durch direkte Verbindung von Zink und Kupfer entsteht ein Lokalelement Sauerstoffkorrosion von Zinkmetall Zink wird zu schwerlöslichem Zinkhydroxid (weißer Niederschlag) oxidiert Sauerstoffmoleküle werden an der Kupferelektrode zu Hydroxid-Ionen reduziert Kathode (aus Kupfer): Anode (aus Zink): O H 2 O + 4e 4 OH 2 Zn 2 Zn e Gesamt: 2 Zn s + O 2 g + 2 H 2 O l 2 Zn(OH) 2 s Es entstehen weder Kupfer-Ionen noch wird Kupfer reduziert! Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 12 von 16

12 11.2. KONTAKTKORROSION VON EISEN durch direkte Verbindung von Eisen und Kupfer entsteht ein Lokalelement Sauerstoffkorrosion von Eisenwolle Eisen wird oxidiert (Entstehung von Berliner Blau) Sauerstoffmoleküle werden an der Kupferelektrode zu Hydroxid-Ionen reduziert (Indikatorverfärbung) Kathode (aus Kupfer): Anode (aus Eisenwolle): O H 2 O + 4e 4 OH 2 Fe 2 Fe e Gesamt: 2 Fe s + O 2 g + 2 H 2 O l 2 Fe 2+ aq + 4 OH (aq) Blaufärbung: 3 Fe 2+ aq + 2 [Fe(CN) 6 ] 3 aq Fe 3 [Fe(CN) 6 ] 2 (s) Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 13 von 16

13 11.3. SAUERSTOFFKORROSION VON EISEN Man beobachtet unterschiedlich gefärbte Zonen im Agar Blaufärbung, Rotfärbung und weißer Niederschlag die Oxidation (blau) und Reduktion (rot) findet an unterschiedlichen Stellen der Nägel statt in Verbindung mit Kupfer entsteht ein Lokalelement (Oxidation von Eisen) durch verbinden mit einem Zinkblech wird der Eisennagel vor Korrosion geschützt Zugriff: :00 Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 14 von 16

14 11.3. SAUERSTOFFKORROSION VON EISEN Rotfärbung (Nachweis von Hydroxid-Ionen): basischer ph-wert sorgt für Färbung von Phenolphthalein bildet die Kathode Blaufärbung (Nachweis von Eisen-Ionen): Oxidation des Eisennagels bildet die Anode Bildung von Berliner Blau mit rotem Blutlaugensalz 3 Fe 2+ aq + 2 [Fe(CN) 6 ] 3 aq Fe 3 [Fe(CN) 6 ] 2 (s) Weißfärbung (Nachweis von Zink-Ionen): zeigt die Entstehung von schwerlöslichem Zinkhydroxid Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 15 von 16

15 11.4. SCHUTZ VON EISEN DURCH KONTAKT MIT ZINK, VERZINKEN VON EISEN zwei Eisennägel werden in Säure gestellt am ersten Nagel findet Säurekorrosion statt der zweite Nagel wird durch Verbindung mit Zink vor Korrosion geschützt (aktiver Korrosionsschutz) die Zinkperle wird statt dem Eisennagel oxidiert, sie fungiert als eine Opferanode Wasserstoff steigt als Gasbläschen auf (Opfer-)Anode: Zn Zn e Kathode: 2 H 3 O + + 2e H H 2 O Nachweis für Zink-Ionen: weißer Niederschlag mit gelbem Blutlaugensalz Sebastian Spinnen, Ingrid Reisewitz-Swertz 16 von 16

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