4.7.6 Korrosionsschutz
⇨ vgl AB
4.7.7 Galvanisation
⇨ vgl. AB
Unter Galvanisieren versteht man das elektrolytische Überziehen von unedlen Metallen mit haftenden Schichten glänzender, edler Metalle.
Die metallische Überzüge dienen u.a. als Korrosionsschutz und als Oberflächenvergütung.
Prinzip:
Schaltet man einen metallischen Gegenstand als Kathode (⇨ Reduktion) in den Stromkreis, so lässt sich dieser vergolden, verkupfern oder vernickeln, wenn man als Anode eine Elektrode aus dem jeweiligen Metall einschaltet und als Elektrolyten die entsprechende Metallsalzlösung wählt. Die Werkstücke müssen jedoch vorher von Schmutz (Fett) und Oxidschicht befreit werden.
Verzinkung von Stahlblechen (z.B. für das Auto)
Durch Elektrolyse lassen sich Stahlbleche verzinken. Als Anode dient eine Zinkelektrode. Das Stahlblech taucht in eine Zinksalzlösung und wird als Kathode geschaltet.
4.7.8 Das Eloxal-Verfahren
Aluminium ist ein unedles Metall (Normalpotential E° = - 1,66 V); es erweist sich an der Luft jedoch als stabil. Dies liegt daran, dass sich Aluminium an der Luft mit einer zusammenhängenden Oxidschicht überzieht.
Durch die elektrolytische Oxidation von Aluminium kann diese natürliche Oxidschicht verstärkt werden.
Versuch:
Das Aluminium wird bei der Elektrolyse als Pluspol, der Kohlestab als Minuspol geschaltet. Die Spannung beträgt etwa 15 Volt.
Beobachtung:
An der Kathode entsteht ein Gas.
Vereinfachte Auswertung:
Anode: + Pol: __________________________________________
Diese _______-Ionen wandern durch die feine Poren der natürlichen Oxidschicht zum Elektrolyten. Vermutlich tritt dort folgende Reaktion ein:
________________________________________________
Ein Teil des Elektrodenmaterials wird aufgelöst. Gleichzeitig bildet sich ständig Al₂O₃. Diese Schicht wächst in das Metall hinein.
Kathode: - Pol: ________________________________________________
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Das Aluminium wird bei der Elektrolyse als Pluspol, der Kohlestab als Minuspol geschaltet. Die Spannung beträgt etwa 15 Volt.
Beobachtung:
An der Kathode entsteht ein Gas.
Vereinfachte Auswertung:
Anode: + Pol: _______Al → Al³⁺ + 3 e⁻ _______________
Diese ___Al³⁺-Ionen wandern durch die feine Poren der natürlichen Oxidschicht zum Elektrolyten. Vermutlich tritt dort folgende Reaktion ein:
________2 Al³⁺ + 3 H₂O → Al₂O₃ + 6 H⁺ ________
Ein Teil des Elektrodenmaterials wird aufgelöst. Gleichzeitig bildet sich ständig Al₂O₃. Diese Schicht wächst in das Metall hinein.
Kathode: - Pol: _______2 H₃O⁺ + 2 e⁻ → H₂ + 2 H₂O ______
{/sliders}
4.7.5 Sauerstoff-Korrosion – Rosten von Eisen
Durch Ausbildung von Lokalelementen kann Eisen auch in neutralen und alkalischen Lösungen zerstört werden (rosten).
Eine wichtige Rolle spielt der im Wasser gelöste Sauerstoff.
Edlere Fremdmetalle im Eisen oder auch Eisenoxid dient als Kathode.
Es laufen nun beim „Rosten“ folgende Reaktionen ab.
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Anode: 2 Fe → 2 Fe²⁺ + 4 e⁻
Kathode: O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ → 4 OH⁻
{/sliders}
Die Hydroxid-Ionen bilden sich bevorzugt in sauerstoffreichen Zonen des Wassers; die Eisen(II)-Ionen bilden sich dagegen in sauerstoffärmeren Bereichen.
Treffen nun die Eisen(II)-Ionen und die Hydroxid-Ionen aufeinander, so entsteht schwerlösliches Eisen(II)-hydroxid:
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Fe²⁺ + 2 OH⁻ → Fe(OH)₂
{/sliders}
Luftsauerstoff bewirkt dann die Bildung einer porösen Rostschicht.
4 Fe(OH)₂ + O₂ → 4 FeO(OH) + 2 H₂O
“Rost”
4.7.4 Einfluss von Kohlenstoffdioxid auf die Korrosion
Wenn Kohlendioxid mit Wasser in Berührung kommt, können sich folgende Gleichgewichte einstellen:
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a) CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃
b) H₂CO₃ + H₂O ⇌ HCO₃⁻ + H₃O⁺
Hydrogencarbonat-Ion
c) HCO₃⁻ + H₂O ⇌ CO₃²⁻ + H₃O⁺
Carbonat-Ion
{/sliders}
4.7.3 Beispiele für Elektrochemische Korrosionen
I. Lokalelement bei verzinntem Eisenblech/Stahlblech = „Weißblech“ (Getränkedosen)
Ist der Zinnüberzug beschädigt, kommt es zu folgenden Reaktionen:
Überlegt Euch mit Hilfe der Tabelle welche Reaktionen möglich sind:
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Anode: Fe → Fe²⁺ + 2 e⁻
Kathode: 2 H₃O⁺ + 2 e⁻ → H₂ + 2 H₂O
Gesamt: Fe + 2 H₃O⁺ → Fe²⁺ + H₂ + 2 H₂O
Durch die Beschädigung des Sn-Überzugs entsteht ein kurzgeschlossenes galvanisches Element.
Das unedle Metall (hier Eisen) wird dabei anodisch oxidiert. Eine Weißblechdose rostet viel schneller und zersetzt sich.
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II. Lokalelement bei verzinktem Eisenblech/Stahlblech (Autokarosserien)
Ist der Zn-Überzug beschädigt, so kommt es zu folgenden Reaktionen:
Überlegt Euch mit Hilfe der Tabelle welche Reaktionen möglich sind:
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Anode: Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻
Kathode: 2 H₃O⁺ + 2 e⁻ → H₂ + 2 H₂O
Gesamt: Zn + 2 H₃O⁺ → Zn²⁺ + H₂ + 2 H₂O
Durch die Beschädigung des Zn-Überzugs entsteht ein kurzgeschlossenes galvanisches Element.
Das unedle Metall (hier Zink) wird dabei anodisch oxidiert.
{/sliders}
Anwendung: Verzinkte Bleche,
Opferanode: Eine Opferanode ist ein Block aus einem elektrochemisch „unedlen“ Metall. Sie ist elektrisch leitend mit den zu schützenden („edleren“) Metallen verbunden. In wässriger Umgebung bilden die beiden Metalle ein Lokalelement, bei dem sich die Opferanode auflöst (sich also gewissermaßen „opfert“) und dadurch das edlere Metall vor Korrosion bewahrt. (Zitat wiki).