Elemente und Moleküle, Schulbuch

71 4.3 reDOX-reaKTiOnen 1. Angriff des Wassers: Red.: 2 H 2 O + 2 e – → H 2 + 2 OH – Ox.: Fe → Fe 2+ + 2 e – ⇒ Bildung von Fe(OH) 2 2. Angriff des Sauerstoffes: Red.: O 2 + 4 e – + 2 H 2 O → 4 OH – Ox.: Fe 2+ → Fe 3+ + e – ⇒ Bildung von Fe(OH) 3 3. Reaktion von Fe(OH) 3 mit Fe: Red.: Fe 3+ + e – → Fe 2+ Ox.: Fe → Fe 2+ + 2 e – ⇒ Bildung von Fe(OH) 2 Die gebildeten Fe 2+ -Ionen reagieren wieder mit Sauerstoff zu Fe 3+ -Ionen (Schritt 2) und diese reagieren wieder mit dem Metall (Schritt 3). Der Rostprozess katalysiert sich selbsttätig („autokatalytischer Prozess“). In Schichten, die nicht mehr mit Fe in Kontakt stehen, entsteht letztlich FeO(OH). Korrosionsschutz Der Korrosionsschutz kann auf zwei Arten erfolgen. Einerseits kann man die zu schützende Metalloberfläche mit einem fest haftenden Überzug versehen (zB La- ckierung, Beschichtung mit Kunststoff-Folie, Aufbringen einer anderen Metall- schicht), andererseits kann man chemische Reaktionen zur Ausbildung des Schutzes heranziehen (Abb. 71.2). Die Bildung von Passivschichten wurde bereits angesprochen. Man kann aber auch die bei der Oxidation dem Metall „verloren gegangenen“ Elektronen diesem wieder zur Verfügung stellen. Dazu kann man das zu schützende Metall mit einem noch unedleren leitend verbinden, sodass nicht das Werkstück, sondern das unedle Me- tallstück (Opferanode) in Lösung geht. (Anode: Elektrode, an der die Oxidation statt- findet; Katode: Elektrode, an der die Reduktion stattfindet.) Dieses Prinzip wendet man vor allem im Schiffsbau an, wo das Stahlgerüst des Schiffes mit einem Mag- nesiumblock unterhalb der Wasserlinie leitend verbunden wird und das Magnesium anstelle des Stahls der Schiffswand in Lösung geht (Abb. 71.3). Die notwendigen Elektronen können aber auch vom negativen Pol einer Gleichspan- nungsquelle zur Verfügung gestellt werden. Zum Schutz von in der Erde verlegten Pipelines werden die Stahlrohre mit dem negativen Pol einer Batterie verbunden. Der positive Pol ist an in der Erde versenkten Kohleblöcken angeschlossen. Stahlbleche werden zum Schutz vor Korrosion oft mit metallischen Überzügen ver- sehen, die die Korrosion hintanhalten sollen. Zink ist ein beliebtes Korrosionsschutz- mittel und findet neuerdings sogar im Automobilbau zum Schutz der Karosserien vor Korrosion weitgehend Anwendung. Zink als unedleres Metall hat neben der Tatsache, dass es passivierend wirkt, noch den Vorteil, dass bei einer Verletzung der Schutzschicht das Zink als unedleres Metall vor dem zu schützenden Eisen in Lösung geht. Überzieht man Stahlbleche zwecks Korrosionsschutz mit Zinn, so spricht man von Weißblech . Dieses Material wird vor allem in der Lebensmittelverarbeitung zur Her- stellung von Konservendosen verwendet (verzinkte Bleche werden im Lebensmit- telbereich wegen der Giftigkeit von Zn 2+ -Ionen nicht eingesetzt). Zinn selbst widersteht der Korrosion sehr gut. Ein Nachteil der Zinnschichten auf Stahlblech besteht darin, dass sich bei einer Verletzung der Schutzschicht ein Lo- kalelement ausbildet, wobei Zinn als edleres Metall als das Eisen den Platz der Ka- tode und das Eisen den Platz der Anode einnimmt. Das führt dazu, dass die Korro- sion des Stahlbleches nach Verletzung der Zinnschicht besonders schnell voranschreitet. Fe Fe 2+ (aq) + 2 e – O 2 + 2 H 2 O + 4 e – 4 OH – e – Eisen Luft H H O O O Fe 2+ Fe Wassertropfen Reduktion Oxidation Bildung der Hydroxide FeO(OH) = “Rost” Korrosionsschutz chem. Schutz Überzüge Ölfarben Lacke Kunststoffe Email Opferanode mit edleren Metallen mit unedleren Metallen mit nichtmetall. Stoffen Anlegen einer negat. Spannung Bildung v. Passivschichten Katodischer Schutz Magnesiumblöcke O 2 + 2 H 2 O + 4 e – 4 OH – Mg Mg 2+ (aq) + 2 e – Schiffsrumpf aus Stahl Abb. 71.3: Schutz eines Schiffsrumpfs durch eine Op- feranode Abb. 71.2: Arten des Korrosionsschutzes Abb. 71.1: Korrosion eines Stahlblechs Nur zu Prüfzwecken – Eigentum es Verlags öbv