Hintergrund
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Beispiele für verrostete Gegenstände.1
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Gebrauchsgegenstände aus Metall, die der Witterung ausgesetzt sind, halten oftmals weniger lange, als uns lieb ist. Schuld daran ist die so genannte Korrosion2. Eisen beispielsweise verrostet unter bestimmten Bedingungen, wobei ein rotbraunes Stoffgemisch namens Rost entsteht. Der Begriff rosten oder Rost ist ein Begriff, der im Zusammenhang mit Eisen verwendet wird. Alle anderen Metalle rosten nicht, sie korrodieren.
Lassen sich für die meist ungewollte Korrosion notwendige und einheitliche Bedingungen ableiten? Welche Stoffe werden dabei gebildet?
Aufgaben
- Leiten Sie aus den Experimenten 1 und 2 in M2 die notwendigen Bedingungen für die Entstehung von Rost ab.
- Erklären Sie mit Hilfe der Redoxpotentiale, warum eine Korrosion mit der Einwirkung von Wasser alleine nicht zu erklären ist.
- Erklären Sie das Prinzip des Experiments 3 in M2. Machen Sie begründete Aussagen zu den erwartenden Beobachtungen für die folgenden Versuchsparameter:
- Kontrollversuch ohne Flüssigkeit
- Versuch mit Leitungswasser
- Versuch mit Salzwasser
- Versuch mit verdünnter Natronlauge
- Versuch mit verdünnter Salzsäure
- Versuch mit Kupfersulfat-Lösung
Anregungen
- Vergleichen Sie einmal die Standard-Redoxpotentiale in Formel 1.
- Machen Sie anhand der Redoxpotentiale aus, wer oxidierend und wer reduzierend wirkt und gehen Sie einmal alle Kombinationsmöglichkeiten durch.
Bedingungen für die Entstehung von Rost
Experiment 1
RG 1: Eisennagel in Leitungswasser. RG 2: Eisennagel auf Calciumchlorid, einem Luftentfeuchter. RG 3: Eisennagel in abgekochtes Leitungswasser. Darüber eine Schicht aus Öl. RG 4: Eisennagel in Salzwasser. Alle Reagenzgläser sind oben offen.
Redoxpotentiale
Aufgaben
- Erläutern Sie mit Hilfe von M3 den Ablauf des Rostens und erklären Sie, inwiefern die typische Schichtung der verschiedenen Rostbestandteile mit der unterschiedlichen Zugänglichkeit von Sauerstoff und der unterschiedlichen Möglichkeit der Trocknung zusammenhängt.
- Erklären Sie das Phänomen der Lochkorrosion in Abb. 4.
Ein komplexer Prozess
Zusammensetzung von Rost
Rost ist ein Gemenge verschiedener schwerlöslicher Oxide, Hydroxide und Oxidhydroxide des Eisens. Die Zusammensetzung ist dabei nicht einheitlich:
- Fe2O3 (rotbraun)
- Fe3O4 ⋅ H2O (grün)
- Fe3O4 (schwarz)
- Fe(OH)2 (weiß)
- Fe(OH)3 (braun)
- FeO(OH) (rotbraun)
Außerdem können Eisensulfate, -carbonate und -chloride am Aufbau von Rostschichten beteiligt sein, je nachdem, welche Substanzen während des Rostens Kontakt zum Eisen hatten.
Rost bildet lockere Gefüge geringer Festigkeit, die von zahlreichen Kapillaren und Poren erfüllt sind und relativ leicht abblättern. Rost bietet für das darunterliegende Metall keinen effektiven Schutz.
Entstehung von Rost
Die Entstehung von Rost verläuft in mehreren Schritten und ist auf verschiedene chemische Reaktionen zurückzuführen, die, je nach den vorherrschenden Bedingungen, unterschiedlich intensiv ablaufen. Begrenzend wirkt in der Regel die Verfügbarkeit von Sauerstoff, welcher in Wasser schlecht löslich ist.
Lochkorrosion
Sammelt sich immer wieder an der gleichen Stelle auf einer Eisenfläche Wasser an, so tritt der sichtbare Rost vor allem an den äußeren Rändern der von Wasser bedeckten Fläche auf. Im zentralen Bereich unter dem Wasser bildet sich mit der Zeit eine Vertiefung (Lochkorrosion).
Lochkorrosion.1
Vereinfachte Darstellung des Rostens
Vereinfachte Darstellung des Rostvorgangs und Bildung von Lochfraß.4
Weitergedacht
- Messungen zur Korrosionsgeschwindigkeit haben gezeigt, dass …
- im Wasser gelöste Salze den Korrosionsvorgang beschleunigen.
- eine Alkalisierung des Wassers den Korrosionsvorgang hemmt.
Erklären Sie diese beiden Phänomene.