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

3. Das Rosten von Eisen

Eisen ist der wichtigste Werkstoff. Wird Eisen nicht geschützt, so unterliegt dieses Metall sehr stark der Korrosion. Die Korrosion von Eisen ist ein elektrochemischer Vorgang und beruht auf dem Prinzip der Ausbildung eines Lokalelementes in Wasserinseln auf der Oberfläche des Metalls.

Geschmirgeltes Eisenblech

geschmirgeltes Eisenblech

Lege ich ein Eisenblech in ein kleines Schälchen mit Wasser, so sehe ich nach wenigen Stunden eine braune Schicht am Eisennagel. Zunächst reagiert das Eisen mit dem im Wasser gelösten Sauerstoff:

2 Fe + O2→ 2 FeO

Das Eisen reagiert mit Sauerstoff zu Eisen(II)-oxid. Dadurch sinkt die Konzentration des im Wasser gelösten Sauerstoffs im Zentrum der Wasserinsel.

Eisenblech taucht in Wasser

Eisenblech taucht in Wasser

Im Zentrum der Wasserinsel nimmt die Konzentration des gelösten Sauerstoffs ab, wohingegen am Rande der Wasserinsel eine höhere Sauerstoffkonzentration vorliegt Es liegt also ein Lokalelement vor. Es entstehen Anode und Katode. Im Zentrum der Wasserinsel erfolgt weiterhin die Oxidation der Eisen-Atome, die entstehenden Elektronen werden an den Rand der Wasserinsel geleitet.


Anodische Oxidation (Elektronenabgabe):
Fe → Fe2+ + 2e-
Eisen-Atome reagieren zu Eisen(II)-Ionen und Elektronen


Katodische Reduktion (Elektronenaufnahme):
Im sauerstoffhaltigen Wasser am Rand der Wasserinsel reagieren die Elektronen mit Sauerstoff und Wasser:
4e- + O2 + 2H2O → 4OH-

Eisenblech ist teilweise verrostet

Eisenblech teilweise verrostet

Der rotbraune Rost besteht aus unterschiedlichen Verbindungen. Ich schreibe vereinfacht folgende Reaktionsgleichungen:

Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3

Eisen(III)-Ionen, die aus Eisen (II)-Ionen entstehen können, reagieren mit Hydroxid-Ionen zu Eisen(III)-hydroxid

2Fe(OH)3 → Fe2O3 . H2O + 2H2O

Eisen(III)-hydroxid reagiert zu Rost Fe2O3 . H2O und Wasser.

Rost ist also wasserhaltiges Eisen(III)-oxid. Das ist die Formel: Fe2O3 . H2O.

Die Gesamtreaktionsgleichung für die Rostbildung kann auch so geschrieben werden:
4 Fe(OH)2 + O2 → 2Fe2O3 . H2O + 2H2O

Wenn das Wasser langsam verdunstet, und es immer wieder regnet, entsteht aus einer kleinen rostigen Stelle eine immer größer werdende Fläche.

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Merksatz

Ursache für das Rosten von Eisen ist die Ausbildung eines Lokalelementes.
Eisen rostet, wenn Luftsauerstoff und Feuchtigkeit und in Wasser gelöste Gase auf diesen Werkstoff einwirken. Rost ist wasserhaltiges Eisen(III)-oxid.

Lesen Sie hier weiter, in Stoffe komplexer Natur zu
Punkt 4. Korrosionsschutz durch Überzüge...