Big Bang HTL 2, Schulbuch

Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) 147 Metalle 10 Abb. 10.31: Elektrochemische Korrosion im Wassertropfen Die Erklärung des raschen Rostens eines Eisennagels unter einem noch so kleinen Wassertropfen lässt sich durch die Ausbildung sogenannter Lokalelemente erklären. In der Mitte des Wassertropfens kommt es zum Auflösen von Eisen und Abgabe von Elektronen, dies ist die sogenannte Lokal- kathode (Ort der Oxidation). Am Rand des Wassertropfens kann Sauerstoff aus der Luft, der sich im Wasser löst, zum Eisen wandern. Er dient dort als Elektronenakzeptor und es entstehen Hydroxidionen. Das ist die Lokalanode (Ort der Reduktion). Reaktion an der Lokalkathode: Fe ® Fe 2+ + 2e – Reaktion an der Lokalanode: O 2 + H 2 O + 4e- ® 4OH – Eisenionen und Hydroxidionen (OH – ) reagieren weiter zu Verbindungen wie z. B. Fe(OH) 2 oder FeO(OH), die Haupt- verbindungen im Rost. Diese Erklärung vereinfacht die Vorgänge der elektrochemi- schen Reaktion zwar etwas, zeigt aber die wichtigsten Vor- gänge. Einflüsse auf die Korrosionsgeschwindigkeit Die Anwesenheit eines Elektrolyten ist also in der Lage, die Geschwindigkeit der Korrosion stark zu beschleunigen. Die Anwesenheit von Salzen im Elektrolyten steigert dessen Leitfähigkeit, was die Korrosion noch weiter beschleunigt. Auch Säuren begünstigen die Korrosion, da sie mit den H + Ionen einen deutlich besseren Elektronenakzeptor als den Sauerstoff zur Verfügung stellen. Es entsteht Wasserstoff- gas, die Korrosion verläuft viel rascher. Sehr stark beschleunigt wird die elektrochemische Korrosion durch die Anwesenheit eines edleren Metalls . Aus den 2 Metallen und dem Elektrolyten entsteht dabei so eine Art galvanisches Element (siehe Kapitel 9 Redoxreaktionen). Dies führt zum raschen Auflösen des unedleren Metalls. Diese Tatsache kann allerdings – wie wir später erfahren werden – auch für den Korrosionsschutz ausgenutzt werden. Wie bei der chemischen Korrosion steigt natürlich auch bei der elektrochemischen Korrosion die Reaktionsgeschwindig- keit mit der Temperatur . ( F28 ) Korrosionsschutz Maßnahmen zum Schutz vor Korrosion können in 2 prinzi- pielle Arten unterschieden werden: –– Passiver Korrosionsschutz (= physikalische Abtrennung des Werkstoffes von der schädigenden Umgebung) –– Aktiver Korrosionsschutz (= Beeinflussung der chemi- schen Reaktionen der Korrosion) Unter den Passiven Korrosionsschutz fallen unter anderem die folgenden Maßnahmen: –– Lacke und Anstriche: Im erhärteten Zustand sollen sie ei- ne wasser- und luftundurchlässige Schutzschicht auf dem Metall erzeugen. Sie bestehen aus einem Bindemittel (meist Kunstharze) und Pigmenten (Metallpulver wie z. B. Zink, Metallsalzpulver). Der Anstrich muss auf einen fett- und staubfreien Untergrund aufgetragen werden. Diese meist kostengünstige Variante des Korrosionsschutzes hat den Nachteil, dass Lacke selbst auch korrodieren oder leicht zerkratzt werden können. –– Öle/Fette: Sie kommen meist in geschlossenen Systemen zu Einsatz, oft wenn gleichzeitig auch eine Schmierwir- kung benötigt wird. Sie kommen auch während der Metallverarbeitung oder dem Transport zum Einsatz. –– Edelmetallüberzüge: Edelmetalle wie Gold oder Zinn schützen sehr gut vor Korrosion solange die Schutzschicht nicht verletzt wird. Ist dies allerdings der Fall, so wird die Korrosion des unedleren Metalls durch Bildung eines galvanischen Elementes stark beschleunigt. Zum Einsatz kommt Gold oft in der Elektronik oder Akustik, weil die Leitfähigkeit des Materials sehr hoch bleibt. Ein wichtiger Anwendungsbereich ist auch die Lebensmittelverpackung mit Weißblech. Das ist ein Stahl mit Zinnbeschichung, der vor allem wegen seiner Ungiftigkeit zum Einsatz kommt. Abb. 10.32: Schutzanstrich einer Brückenkonstruktion Abb. 10.33: Weißblech, vor und nach Verletzung der Schutzschicht (links), goldbeschichtete Kontakte einer Speicherkarte (rechts) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv