Einführung. Galvanische Zelle. Korrosion + - Univ.-Prof. Dr. Max J. Setzer Vorlesung - Korrosion Seite 1

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1 Univ.-Prof. Dr. Max J. Setzer Vorlesung - Korrosion Seite 1 Einführung MWG 8 / Die Korrosion ist ein Redox-Prozess Bei der Änderung der Oxidationsstufe entstehen Ionen geladene Teilchen. Der Oxidationsprozess heißt auch anodischer Prozess. Der Reduktionsprozess heißt auch kathodischer Prozess. Die Ionenwerden von Wasser gelöst. Diese Lösung nennt man Oxidations- und der Reduktionsprozess können weit voneinander entfernt sein. Die Elektronen werden mit dem ausgetauscht Galvanische Zelle Me Me e - MWG 8 /4 Me Korrosion MWG 8 /5 Die Korrosion gliedert sich auf in 1. einen anodischen Prozess (Oxidation des Eisens), e - Stahl. einen kathodischen Prozess (Reduktion des Sauerstoffs), 3. ein gefälle zwischen und und dadurch 4. elektrische metallische Leitung durch die erzeugten Elektronen und

2 Univ.-Prof. Dr. Max J. Setzer Vorlesung - Korrosion Seite Korrosion Anodischer Prozess Beim anodischen Prozess wird Eisen oxidiert MWG 8 /6 Das metallische Eisenatom gibt Elektronen ab und bildet ein lösliches Kation: Die Elektronen bleiben im und laden es negativ auf. Der ist durch das Ion positiv geladen. Es entsteht ein gefälle. Fe Fe e - Stahl Korrosion Kathodischer Prozess Beim kathodischen Prozess wird Sauerstoff reduziert. Im en gelöster Sauerstoff nimmt aus dem Elektronen auf und reagiert dabei mit Wasser. Er bildet Hydroxylionen (OH) -. MWG 8 /8 O H O 4e 4OH Die Hydroxylionen (Anionen) gehen in Lösung Das lädt sich positiv auf. - Stahl Anodischer, kathodischer Prozess MWG 8 /1 Oxidation Elektronen in das lädt sich gegenüber dem en negativ auf des en über dem des s Abtrag, Korrosion Reduktion Elektronen aus dem lädt sich gegenüber dem en positiv auf des en unter dem des s Aufwachsen, Plattierung

3 Univ.-Prof. Dr. Max J. Setzer Vorlesung - Korrosion Seite 3 Voraussetzungen für eine elektrolytische Korrosion MWG 8 /1 1. Eine differenz, die eine und eine erzeugt. Quellen können sein: 1. externe Spannungsquellen (Batterie). interne Quellen chemische Prozesse an Grenzflächen.. ische Verbindung zwischen und mit Ionentransport. 3. Elektrische (metallische) Verbindung außerhalb des en (Elektronentransport). 4. Ein kathodischer Prozess. 5. Ein anodischer Prozess An der Grenzfläche zwischen und gehen ionen in Lösung. Me Me e Das lädt sich negativ auf, der positiv. Es entsteht ein sprung. e an Grenzflächen e e e Me j Me Me Me MWG 8 /13 Die Höhe des sprungs hängt von der chemischen Reaktion, dem und dem en ab. Je edler ein ist desto geringer ist der sprung. (Me) Zwischen verschiedenen en besteht ein. Stationär sind das elektrische und das chemische gleich. MWG 8 /14 Es ist nur prinzipiell nur möglich eine differenz zwischen einem Messpunkt und einem anderen anzugeben. Es gibt kein absolutes. Dies ist vergleichbar mit Höhenangaben. Bei angaben ist es daher wesentlich, von welchem man () welches Bezugspotential (-) abzieht, Wie bei Höhenangaben definiert man einen Nullpunkt bei Höhen Normal-Null bei en die Wasserstoffelektrode

4 Univ.-Prof. Dr. Max J. Setzer Vorlesung - Korrosion Seite 4 Wasserstoffelektrode Standardpotential von Eisen Fe Fe e H HO HO e 3 MWG 8 /15 H Bedingung für Normalpotential: c=1mol/l -,447 V Das der ist unter dem der! Wasserstoffelektrode Standardpotential von Kupfer Cu Cu e H HO HO e 3 MWG 8 /16 Kupfer Cu H Bedingung für Normalpotential: c=1mol/l,34 V Das der ist unter dem der! zelle: Eisen (Fe) Kupfer (Cu) Fe Fe e Das der ist unter dem der! MWG 8 /17 Cu Cu e,34 V -,79 V -,45 V

5 Univ.-Prof. Dr. Max J. Setzer Vorlesung - Korrosion Seite 5 Wasserstoffelektrode Standardpotential von Sauerstoff O H O 4e 4OH,41 V MWG 8 /18 3 H HO HO e O H,41 V Das der ist unter dem der! Fe Fe e zelle: Eisen (Fe) Sauerstoff (O ) 7 ph OH Fe e e O MWG 8 /19 O HO 4e 4OH,41 V -,447 V Fe Fe e V,41 V Korrosionszelle Fe 7 ph OH O,88 V MWG 8 / O HO 4e 4OH Schalter offen -,447 V

6 Univ.-Prof. Dr. Max J. Setzer Vorlesung - Korrosion Seite 6 Kathodische Prozesse beim Eisen Fe Fe e,45v 1. Alle e die edler sind d.h. ein höheres haben: MWG 8 /1 Stoff Reaktion E Kupfer Cu e Cu,34V Zinn Sn e Sn,14V Nickel Ni e Ni,5V. Wasserstofferzeugung: HO 3 e H HO,V 3. Wasserzersetzung: HO e H OH,83V 4. Hydroxylerzeugung: O HO 4e 4OH,4V 5. Wassererzeugung: O 4HO 3 4e 6HO 1,3V Wasserstoffelektrode Standardpotential von Zink Zn Zn Zn e H HO HO e 3 MWG 8 / Zink Zn Zn e HO e 3 H -,763 V Das der ist unter dem der! Fe Fe e zelle: Eisen (Fe) und Zink (Zn - Opferanode) Das der ist unter dem der! Fe e,3 V Zn e Zink Zn MWG 8 /3 Zn Zn e -,45 V -,77 V,3 V

7 Univ.-Prof. Dr. Max J. Setzer Vorlesung - Korrosion Seite 7 Konzentrationspotential MWG 8 /4 Das elektrochemische ist äquivalent zum chemischen des zugrundeliegenden Prozesses. Daher ist die Konzentration im en wie im Massenwirkungsgesetz eine wesentliche Größe. Es gilt mit Red Ox ze für die Konzentrationsabhängigkeit: RT c E E ln zf c = ox Nernstsche Gleichung Red,57(V) c Bei C: E= E log z c ox Es werden nur die Konzentrationen im en berücksichtigt, die in den reinen Feststoffphasen nicht. (Wie bei Lösungen) Red ph Wert, Konzentrationspotential MWG 8 /5 Eine Änderung des ph-werts erzeugt eine differenz (bei C) von: =,57 ph ph ph Mess Ref Ändert sich der ph-wert von neutral (ph=7 karbonatisiert) zu alkalisch (ph=1,5 Beton), dann entsteht dadurch eine differenz von, V!, V (S.H.E.) Fe - Korrosion Pourbaix Diagramm Passivität Fe O 3 Fe 3 O 4 Fe Immunbereich nh O Zn e Zn;E =,76V ph MWG 8 /6 Wenn das Eisen korrodieren soll, dann muss das des Pourbaix Diagramms unter der entsprechenden Katode liegen. z.b.:.4 E =,41V O HO 4e 4OH E = V H HO HO e Danach ist Eisen i.d.r. korrosionsgefährdet. Dennoch findet bei einem ph- Wert >9 keine Korrosion statt, da das Eisen passiviert ist.

8 Univ.-Prof. Dr. Max J. Setzer Vorlesung - Korrosion Seite 8 Belüftungselement MWG 8 /7 Weitere Oxidation und Rostbildung: Fe OH 1O FeOOH HO Sauerstoffreich - Sauerstoffarm Fe Fe e Kathodischer Korrosionsschutz (Prinzip) Fe Fe e Fe e - e Me Me Me e MWG 8 /8 ausreichend hoch -,45 V