Biologie und Chemie für Schülerinnen und Schüler am Gymnasium

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Elektrochemische Reaktionen...

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Stahlträger stützen die Fragmente einer alten, hässlichen Fassade

2. Die elektrochemische Korrosion

Verrosteter StahlmastMetallische Werkstoffe unterliegen sehr häufig einem Zerstörungsprozess. Lagern Eisenteile beispielsweise sehr lange ungeschützt an der feuchten Luft, dann rosten sie. Wenn Metalle direkt oder indirekt mit Sauerstoff und Wasser reagieren, spricht man von Korrosion. Diese Korrosion setzt von der Oberfläche der Metalle her ein. Das Metall wird nach und nach zerstört.

Hauptursache für die elektrochemische Korrosion ist Ausbildung von so genannten Lokalelementen. Das sind galvanische Elemente, die Korrosion hervorrufen. Dabei werden zwei unterschiedliche Metalle kurz geschlossen, das heißt sie berühren sich direkt.

Die Ausbildung eines Lokalelementes lässt sich an einem einfachen Versuch gut erklären.

VersuchErklärung

Versuch 1:

Zink wird in verdünnte Schwefelsäure gelegt
Zink reagiert mit Schwefelsaeure

Zunächst lege ich ein Stückchen Zink (eine so genannte Zinkgranalie) in ein Reagenzglas, in dem sich verdünnte Schwefelsäure befindet. Wir sehen eine Gasentwicklung an der Oberfläche der Zinkgranalie.
Es entsteht Wasserstoff.

Es finden zwei elektrochemische Reaktionen statt:

Oxidation (Elektronenabgabe): Zn → Zn2+ + 2e-
(Das Zink-Atom reagiert zum Zink(II) und zwei Elektronen)

Reduktion (Elektronenaufnahme):
2H+ + 2e- → H2

(Das Wasserstoff-Ion der Schwefelsäure reagiert mit zwei Elektronen zum Wasserstoff.)

Versuch 2:

Kupferstab wird in verdünnte Schwefelsäure gestelltKupfer reagiert nicht mit Schwefelsäure
Nun führe ich denselben Versuch mit einem Stück Kupfer durch. Dabei stelle ich einen frisch geschmirgelten Kupferstab in ein Reagenzglas, das verdünnte Schwefelsäure enthält.
Es erfolgt keine Gasentwicklung. Es entsteht kein Wasserstoff.

Kupfer ist ein edles Metall. Edle Metalle regieren nicht mit Säuren.

Versuch 3:

Zink und Kupferstab, miteinender verbunden, werden in verdünnte Schwefelsäure gelegtLokalelement

Im dritten Versuch stelle ich den Kupferstab (frisch geschmirgelt) auf die Zinkgranalie im Reagenzglas mit verdünnter Schwefelsäure. Und nun geschieht etwas Erstaunliches. Der Wasserstoff entsteht am Kupferstab!

Zunächst geht Zink in Lösung und bildet Zink(II)-Ionen und Elektronen:

Oxidation (Elektronenabgabe): Zn → Zn2+ + 2e-
(Das Zink-Atom reagiert zum Zink(II) und zwei Elektronen)

Die gebildeten Zink(II)-Ionen schränken die Annäherung der Wasserstoff-Ionen aus der Schwefelsäure stark ein. Da beide Metalle nun kurz geschlossen sind, das heißt direkt leitend miteinander verbunden sind, fließen die Elektronen vom Zink zum Kupfer, wo die Wasserstoff-Ionen ungehindert entladen werden können.

Reduktion (Elektronenaufnahme):
2H+ + 2e- → H2

Also entsteht der Wasserstoff am Kupferstab.

Unedle metallische Werkstoffe, wie Eisen, sind immer mit edleren Werkstoffen verunreinigt. Außerdem enthält Regenwasser immer gelöste Gase, wie Kohlenstoffdioxid oder Schwefeldioxid und dadurch kommt ein Überschuss an Wasserstoff-Ionen im Regenwasser vor.

Das Meerwasser oder durch Streusalz verunreinigtes Wasser enthält so auch immer gelöste Salze, wodurch ein Ladungstransport in Lösungen gefördert wird.

So ist das Rosten von Eisen beispielsweise ein elektrochemischer Vorgang, der auf der Ausbildung von Lokalelementen beruht.

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Merksatz

Korrosion ist der zerstörende Angriff an einem Metall.
Die elektrochemische Korrosion beruht auf der Ausbildung von Lokalelementen.

Lesen Sie hier weiter, in Stoffe komplexer Natur zu
Punkt 3. Das Rosten von Eisen...