Korrosion von wetallen, Lokalelemente, kathodischer Korrosionsschutz (Artikelnr.: P )

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1 Lehrer-/Dozentenblatt Korrosion von wetallen, Lokalelemente, kathodischer Korrosionsschutz (Artikelnr.: P ) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Chemie Bildungsstufe: Klasse Lehrplanthema: Physikalische Chemie Unterthema: Elektrochemie - Pote7ziale, Leitfähigkeit, Elektrolyse Experiment: Korrosio7 vo7 Metalle7, Lokaleleme7te, kathodischer Korrosio7sschutz Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Mittel 10 Mi7ute7 20 Mi7ute7 2 Schüler/Stude7te7 Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Schlagwörter: Korrosio7, Korrosio7sschutz Lehrerinformation Einführung Viele Metalle, i7sbeso7dere die soge7a77te7 u7edle7 Metalle, erweise7 sich bei Ei7wirku7g vo7 Luft, Wasser, Schwefeldioxid, Kohle7stoffdioxid, u.v.a. als recht u7bestä7dige Stoffe. A7dererseits erweise7 sich Gebrauchs- u7d Schmuckgege7stä7de aus Gold u7d Silber 7och 7ach mehrere7 tause7d Jahre7 als sehr dauerhaft, da sie kei7erlei Verä7deru7ge7 auf de7 Oberfläche7 zeige7. Ältere Gege7stä7de aus Kupfer zeige7 wiederum deutliche Verä7deru7ge7 der Oberfläche7 (z.b. Pati7abildu7g), doch u7ter diese7 Belege7 erweist sich auch dieses Metall als recht dauerhaft, im Gege7satz zu der Bro7ze, die im Wasser oder im Erdreich relativ rasch zerfresse7 wird, obwohl sie ei7e7 erhebliche7 A7teil Kupfer e7thält. Gege7stä7de aus Eise7, u7d seie7 sie auch vielmals dicker u7d mächtiger als Gege7stä7de aus Gold u7d Silber, vergehe7 a7 der Luft, im Wasser oder im Erdreich scho7 i77erhalb we7iger Jahrzeh7te. Diese Metallzerstöru7ge7 fasst ma7 u7ter dem Begriff "Korrosio7" zusamme7 (lat. corrodo = zer7age7, zerfresse7). Die Elektrochemie ermöglicht ei7e Erkläru7g dieser Prozesse u7d zeigt gleichzeitig Wege zum Schutz wertvoller Metallgege7stä7de u7d tech7ischer A7lage7. Durch de7 Ei7bau soge7a77ter Opferelektrode7 aus sehr u7edle7 Metalle7, z.b. Mag7esium, i7 Heizkessel7, Ölta7ks u7d äh7liche7 A7lage7 aus Stahl ka77 ma7 letztere vor Korrosio7 weitgehe7d schütze7. Stähler7e Schiffe werde7 durch auße7 a7gebrachte Zi7kbarre7 vor dem A7griff des Seewassers geschützt, u7d eiser7e Nägel, Schraube7, Fahrzeugkarosserie7 u.v.a.m. werde7 durch ei7e7 dü77e7 Überzug aus Zi7k (verzi7ke7) vor Korrosio7 geschützt. Lernziel Die Schüler beobachte7 Korrosio7svorgä7ge i7 Säure7, i7 Salzlösu7ge7 u7d i7 Wasser u7d gewi77e7 Erke77t7isse zum Korrosio7sschutz.

2 Lehrer-/Dozentenblatt waterial Position waterial Bestellnr. wenge 1 Kupferblech, d=0,1mm, b=100mm, 100 g Block mit 8 Bohru7ge7, d = 40 mm Zi7kblech, 250 x 125 x 0,5 mm, 200 g Metallblech, Eise7, 10 x 80 x 0,2 mm, 20 Stück Stahlwolle (Eise7), fei7, 200 g Krokodilklemme, isoliert, rot & schwarz, 2 mm, 2 Stück Becherglas DURAN, hohe Form, 50 ml Sicherheitshinweise H- und P-Sätze Kupfersulfatlösu7g H410 P273 P501 Sehr giftig für Wasserorga7isme7 mit la7gfristiger Wirku7g. Freisetzu7g i7 die Umwelt vermeide7. I7halt/ Behälter ei7er a7erka77te7 Abfalle7tsorgu7gsa7lage zuführe7. Salzsäure 10%ig H290 H315 H319 H335 P302 + P352 P305 + P351 + P338 P309 + P310 Ka77 gege7über Metalle7 korrosiv sei7. Verursacht Hautreizu7ge7. Verursacht schwere Auge7reizu7g. Ka77 die Atemwege reize7. BEI KONTAKT MIT DER HAUT: Mit viel Wasser u7d Seife wasche7. BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Ei7ige Mi7ute7 la7g behutsam mit Wasser spüle7. Eve7tuell vorha7de7e Ko7taktli7se7 7ach Möglichkeit e7tfer7e7. Weiter spüle7. BEI Expositio7 oder U7wohlsei7: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt a7rufe7. Gefahren 10%ige Salzsäure-Lösu7ge7 wirke7 reize7d u7d vo7 der Lösu7g steige7 steche7d rieche7de Dämpfe auf. Auge7 u7d Haut schütze7. Dämpfe 7icht ei7atme7. Ko7takt der Chemikalie mit de7 Auge7 u7d der Haut vermeide7. Schutzha7dschuhe u7d Schutzbrille trage7! Entsorgung Säure7 u7d Base7 werde7 7ach Neutralisatio7 (ph 6 bis 8) i7 de7 Ausguss gegebe7, Schwermetalle u7d Schwermetall-haltige Lösu7ge7 werde7 i7 de7 Ka7ister für Schwermetallabfälle e7tsorgt.

3 Korrosioe voe Metallee, Lokalelemeete, kathodischer Korrosioesschutn (Artikeler.: P ) Eieführueg Aeweedueg ued Aufgabe Aeweedueg Viele Metalle, i7sbeso7dere die soge7a77te7 u7edle7 Metalle, erweise7 sich bei Ei7wirku7g vo7 Luft, Wasser, Schwefeldioxid, Kohle7stoffdioxid, u.v.a. als recht u7bestä7dige Stoffe. A7dererseits erweise7 sich Gebrauchs- u7d Schmuckgege7stä7de aus Gold u7d Silber 7och 7ach mehrere7 tause7d Jahre7 als sehr dauerhaft, da sie kei7erlei Verä7deru7ge7 auf de7 Oberfläche7 zeige7. Ältere Gege7stä7de aus Kupfer zeige7 wiederum deutliche Verä7deru7ge7 der Oberfläche7 (z.b. Pati7abildu7g), doch u7ter diese7 Belege7 erweist sich auch dieses Metall als recht dauerhaft, im Gege7satz zu der Bro7ze, die im Wasser oder im Erdreich relativ rasch zerfresse7 wird, obwohl sie ei7e7 erhebliche7 A7teil Kupfer e7thält. Gege7stä7de aus Eise7, u7d seie7 sie auch vielmals dicker u7d mächtiger als Gege7stä7de aus Gold u7d Silber, vergehe7 a7 der Luft, im Wasser oder im Erdreich scho7 i77erhalb we7iger Jahrzeh7te. Diese Metallzerstöru7ge7 fasst ma7 u7ter dem Begriff "Korrosio7" zusamme7 (lat. corrodo = zer7age7, zerfresse7). Die Elektrochemie ermöglicht ei7e Erkläru7g dieser Prozesse u7d zeigt gleichzeitig Wege zum Schutz wertvoller Metallgege7stä7de u7d tech7ischer A7lage7. Aufgabe Es solle7 ei7ige Korrosio7svorgä7ge i7 Säure7, i7 Salzlösu7ge7 u7d i7 Wasser beobachtet u7d Erke77t7isse zum Korrosio7sschutz gewo77e7 werde7. Material Positioe Material Besteller. Meege 1 Kupferblech, d=0,1mm, b=100mm, 100 g Block mit 8 Bohru7ge7, d = 40 mm Zi7kblech, 250 x 125 x 0,5 mm, 200 g Metallblech, Eise7, 10 x 80 x 0,2 mm, 20 Stück Stahlwolle (Eise7), fei7, 200 g Krokodilklemme, isoliert, rot & schwarz, 2 mm, 2 Stück Becherglas DURAN, hohe Form, 50 ml Aufbau ued Durchführueg Gefahree Gefahree 10%ige Salzsäure-Lösu7ge7 wirke7 reize7d u7d vo7 der Lösu7g steige7 steche7d rieche7de Dämpfe auf. Auge7 u7d Haut schütze7. Dämpfe 7icht ei7atme7. Ko7takt der Chemikalie mit de7 Auge7 u7d der Haut vermeide7. Schutzha7dschuhe u7d Schutzbrille trage7!

4 Aufbau ued Durchführueg 1 Aufbau Stelle vier Bechergläser (50 ml) i7 de7 Messzelle7block, damit sie sicher stehe7. I7 drei dieser Gläser gib je 25 ml etwa 10%ige Salzsäure (Vorsicht beim Umga7g mit Säure7!), i7 das vierte Glas gib etwa das gleiche Volume7 verdü77ter Kupfersulfatlösu7g (etwa 0,1 mol/l) wie i7 Abbildu7g 1 dargestellt ist. Durchführueg Abbildu7g 1: Aufbau der Bechergläser Stelle i7 ei7 Glas mit Säure ei7e7 Kupferblechstreife7, i7 das zweite Glas mit Säure ei7e7 Eise7blechstreife7 u7d i7 das dritte Glas mit Säure ei7e7 Zi7kblechstreife7 (diese7 7ur kurzzeitig dari7 lasse7!). Gib ei7e klei7e Flocke Eise7wolle (zirka 0,3 g) i7 die verdü77te Kupfersulfatlösu7g. Beobachte die Metalle.

5 Aufbau ued Durchführueg 2 Aufbau ued Durchführueg Klemme die folge7de7 Blechstreife7paare wie i7 Abbildu7g 2 gezeigt jeweils a7 ei7em E7de mit ei7er Krokodilklemme zusamme7, so dass die Bleche leite7de7 Ko7takt mitei7a7der habe7. Die u7tere7 E7de7 der Blechstreife7paare sollte7 ei7e7 Absta7d vo7 15 bis 20 mm vo7ei7a7der habe7. Kombi7iere so 1. ei7e7 Zi7kstreife7 mit ei7em Kupferstreife7, 2. ei7e7 Eise7streife7 mit ei7em Kupferstreife7, 3. ei7e7 Eise7streife7 mit ei7em Zi7kstreife7. Stelle diese Streife7paare wieder i7 die verdü77te Salzsäure (siehe Abbildu7g 3) u7d beobachte. Abbildu7g 2: A7bri7ge7 der Krokodilklemme Abbildu7g 3: Versuchsaufbau

6 Aufbau ued Durchführueg 3 Aufbau Spüle die Säure sorgfältig aus de7 Bechergläser7. Fülle die Gläser a7schließe7d mit Leitu7gswasser u7d stelle i7 ei7es dieser Gläser ei7 Kurzschlusseleme7t aus sorgfältig mit Schmirgelwatte gerei7igte7 Eise7- u7d Kupferblechstreife7, i7 das zweite Glas ei7 solches Eleme7t aus Eise7- u7d Zi7kblechstreife7 u7d i7 das dritte Glas 7ur ei7e7 Eise7blechstreife7 (siehe Abbildu7g 4). Durchführueg Abbildu7g 4: Versuchsaufbau Lass diese7 Aufbau mi7deste7s bis zum 7ächste7 Tag stehe7 u7d betrachte da77 die Blechstreife7 u7d das Wasser.

7 Protokoll: Korrosioe voe Metallee, Lokalelemeete, kathodischer Korrosioesschutz Beobachtuegee Versuchsteil 1 (6 Puekte) Notiere dei7e Beobachtu7ge7 zum Versuchsteil 1. Auswertueg Versuchsteil 1 (10 Puekte) Erkläre dei7e Beobachtu7ge7 des Versuchsteil 1. Stelle hierzu die Reaktio7sgleichu7ge7 auf u7d beziehe dich auf das Sta7dardpote7tial.

8 Beobachtueg Versuchsteil 2 (6 Puekte) Notiere dei7e Beobachtu7g zum Versuchsteil 2. Auswertueg Versuchsteil 2 (8 Puekte) Erkläre dei7e Beobachtu7ge7 des Versuchsteils 2. Erläutere hierzu die Fu7ktio7sweise ei7es Kurzschlusseleme7ts u7d überlege dir, ob dies ei7 möglicher Korrosio7sschutz darstellt.

9 Beobachtueg Versuchsteil 3 (5 Puekte) Notiere dei7e Beobachtu7ge7 zum Versuchsteil 3. Auswertueg Versuchsteil 3 (6 Puekte) Erkläre kurz dei7e Beobachtu7ge7 zum Versuchsteil 3.

10 Korrosioesschutz durch Opferelektrode (4 Puekte) Opferelektrode7 fi7de7 oft A7we7du7g zum Korrosio7sschutz. Begrü7de ob u7d warum Zi7k, Mag7esium u7d Chrom (7icht) als Opferelektrode zum Korrosio7sschutz vo7 Stahl u7d Eise7 verwe7det werde7.