Laborbericht Chemie Korrosion von Eisen Kathodischer Schutz Autoren: Felix Iseli iself2@bfh.ch, Philip Fankhauser fankp2@bfh.ch Dozent: Gerhard Tschopp gerhard.tschopp@hti.bfh.ch Berner Fachhochschule Hochschule für Technik und Informatik Biel Fachbereich Automobiltechnik V1a 02.06.2005
Korrosion von Eisen Kathodischer Schutz Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Versuchsdurchführung...3 1.1 Herstellung des Ferroxyl-pH-Indikators:...3 1.2 Vorbereiten der Eisennägel...3 1.3 Vorbereiten des Agarose Gels...4 1.4 Giessen der Agarose-Gele...4 2 Auswertung...5 2.1 Fe-Cu (elektrochemische Korrosion)...5 2.2 Fe-Zn (kathodischer Korrisionsschutz)...6 3 Anhang...6 3.1 Laborprotokoll...6 Felix Iseli, Philip Fankhauser / V1a 02.06.2005 Seite 2/6
1 Versuchsdurchführung Korrosion von Eisen Kathodischer Schutz Herstellung des Ferroxyl-pH-Indikators: 1.1 Herstellung des Ferroxyl-pH-Indikators: 0.2g K 3 [Fe(CN) 6 ] werden im l0ml Messzylinder mit 8ml deionisiertem Wasser aufgelöst (zuhalten und drehen des Zylinders) und mit alkoholischer Phenolphthaleinlösung auf l0ml aufgefüllt. 1.2 Vorbereiten der Eisennägel Ein Eisennagel wird über einen Kupferdraht mit einem ca. 1 * 1 cm grossen Zinkblech verlötet. Ein zweiter Eisennagel wird analog mit einem ca. 1 * 1 cm grossen Kupferblech verlötet. Beide werden in Aceton gebadet und von nun an nicht mehr mit den Händen berührt! Mit der Pinzette aus dem Acetonbad nehmen und zum Trocknen auf ein Papier legen. Felix Iseli, Philip Fankhauser / V1a 02.06.2005 Seite 3/6
Korrosion von Eisen Kathodischer Schutz Vorbereiten des Agarose Gels 1.3 Vorbereiten des Agarose Gels In einen 250ml Erlenmeyerkolben werden 150ml einer 5%-igen Kochsalzlösung und 2-3 Siedesteinchen (um Siedeverzug zu vermeiden) gegeben. Auf der Keramikplatte über dem Bunsenbrenner wird die Lösung zum sieden gebracht. Die heisse Lösung wird vom Feuer genommen und unter rühren mit dem Glasstab, 2g Agarose zugegeben. Anschliessend wird auf reduzierter Flamme die Agarose unter rühren langsam aufgelöst (Vorsieht: nicht überschäumen lassen!). Die Lösung auf reduzierter Flamme weiterkochen bis die Agarose völlig aufgelöst ist (2-3 Minuten). Die Lösung vom Feuer nehmen und auf ca. 60 C abkühlen lassen (Thermometer benützen). Den Ferroxyl-pH-Indikator zugeben und durch schwenken des Kolbens mischen. 1.4 Giessen der Agarose-Gele In die Agarose-Lösung wird ein Thermometer gestellt. Sobald die Temperatur auf 50 C gesunken ist, werden zwei Petrischalen bis 3/4 unter den Rand mit der Lösung gefüllt. Nun werden je ein vorbereiteter Nagel mit der Pinzette in eine Petrischale gegeben (von knapp oberhalb der Lösung fallen lassen). Die Petrischale soll nun Erschütterungs- und Berührungsfrei bleiben bis die Lösung geliert ist! Felix Iseli, Philip Fankhauser / V1a 02.06.2005 Seite 4/6
2 Auswertung Korrosion von Eisen Kathodischer Schutz Fe-Cu (elektrochemische Korrosion) 2.1 Fe-Cu (elektrochemische Korrosion) Das Eisen (Nagel) ist unedler als das Kupferplättchen (Fe: -0.4402 V, Cu: +0.337 V) und bildet somit die Anode (+), weshalb es oxidiert wird. Gleichzeitig findet am Kupferplättchen eine Reduktion statt. Aus diesem Grunde beginnt der Eisennagel zu rosten. Es entstehen folgende Teilreaktionen: Oxidation: Fe 2e - Fe 2+ Reduktion: O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - Das heisst, dass die Elektronen in Richtung des Kupferplättchens wandern. Die Oxidation kann infolge des Indikators an der grünen, die Reduktion an der roten Färbung beobachtet werden. Felix Iseli, Philip Fankhauser / V1a 02.06.2005 Seite 5/6
Korrosion von Eisen Kathodischer Schutz Fe-Zn (kathodischer Korrisionsschutz) 2.2 Fe-Zn (kathodischer Korrisionsschutz) Beim kathodischen Korrosionsschutz wird das zu schützende Metall (Eisennagel) mit einem unedleren Metall (Zinkplättchen = -0.7628 V) elektrisch leitend verbunden. Das Zinkplättchen spielt hier die Rolle der sogenannten Opferanode (+) und das Eisen wird zur Kathode (-), an welcher die Reduktion stattfindet. Somit wird das Zinkplättchen nun anstelle des Eisens oxidiert. Es entstehen folgende Teilreaktionen: Oxidation: Zn 2e - Zn 2+ Reduktion: O 2 + 2H 2 O + 4e - 4OH - Das heisst, dass die Elektronen vom Zinkplättchen in Richtung des Nagels wandern. Bei dieser Reaktion wird das unedlere Zink oxidiert und zugleich findet darauf eine Reduktion des Sauerstoffs statt. Über längere Zeit könnte nun beobachtet werden, dass sich die Opferanode langsam auflöst. Zudem kann man beim Zinkplättchen einen Zinkhydroxidnebel ( Zn 2+ + OH - Zn(OH 2 ) ) beobachten (Bild unten rechts). 3 Anhang 3.1 Laborprotokoll Felix Iseli, Philip Fankhauser / V1a 02.06.2005 Seite 6/6