Transcript Folien zu Korrosion und Korrosionsschutz

Die Korrosion
Der Korrosionsschutz
Aufgabe:
Führen Sie im Skript auf Seite 32ff. die Arbeitsschritte 1-8 durch.
 Die Experimente sind zu zweit durchzuführen.
Zeitrahmen:
2 Lektionen selbständige Arbeit.
1 Lektion Besprechung im Plenum.
Die Säure-Korrosion
Lokalelelement = kurzgeschlossene, galvanische Zelle
Zn(s)
Cu
2 H3O+(aq) + 2e-
Zn2+(aq) + 2 e2 H2O(l) + H2(g)
= elektrochemische Korrosion
Saure
Lösung
Zn
Keine Reaktion!
Ox: Zn(s)
Zn2+(aq) + 2 e-
Red: 2 H3O+(aq) + 2e-
2 H2O(l) + H2(g)
Die Sauerstoff-Korrosion
Ox: 2 Fe(s)
2 Fe2+(aq) + 4 e-
Red: O2(aq) + 2 H2O(l) + 4e-
4 OH-(aq)
Lösungen zu den Aufgaben:
4 Fe(OH)2(s) + O2(aq)
Oxidationszahlen?
4 FeOOH(s) + 2 H2O(l)
Führen Sie zu zweit den folgenden Versuch durch und lösen Sie die Aufgaben:
Resultate:
Oxidierter Eisennagel
Eisennagel
Mit Kupfer
umwickelter
Eisennagel
Versuch 1: Korrosion von Eisen
Lösungen zu den Aufgaben:
a) Beschreiben Sie den Teilvorgang, der durch die Blaufärbung angezeigt wird, durch eine
Reaktionsgleichung.
Die Blaufärbung in der Petrischale zeigt an, dass an der betreffenden Stelle Eisen(II)-Ionen in
Lösung gegangen sind. Durch Reaktion mit Hexacyanoferrat(III)-Ionen hat sich dabei Berliner
Blau gebildet:
Fe2+(aq) + 3 K+(aq) + [Fe3+(CN-)6]3-
K+ [Fe3+ Fe2+(CN-)6]-(aq)
Berlinerblau
+ 2 K+(aq)
b) Die Rotfärbung von Phenolphthalein zeigt an, dass sich Hydroxid-Ionen gebildet haben. An
dieser Reaktion ist der in Wasser gelöste Sauerstoff beteiligt. Geben Sie die Reaktionsgleichung für die abgelaufene Reaktion an und versuchen Sie den Gesamtvorgang zu
deuten.
Die durch die Oxidation des Eisens freiwerdenden Elektronen reduzieren an anderer Stelle
den im Wasser gelösten Sauerstoff unter Bildung von Hydroxid-Ionen. Dies wird durch die
Rotfärbung des Phenolphthaleins (Indikator!) angezeigt.
Red: O2(aq) + 2 H2O(l) + 4e-
4 OH-(aq)
c) Auf einem Eisennagel scheint es edlere und unedlere Bereiche zu geben. Welcher Teil des
Nagels wirkt als Minuspol, welcher als Pluspol?
Die Versuche zeigen , dass die stärker oxidierten Stellen des Eisens als Kathode (Pluspol)
fungieren, während die abgeschmirgelten Stellen die Anode (Minuspol) bilden .
Oxidiertes Eisen ist also edler als nicht oxidiertes. Aber auch der unbehandelte Eisennagel
hat edlere und unedlere Bereiche. Das ist auf die unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheit
des Eisens zurückzuführen.
d) Erläutern Sie, inwiefern beim dritten Versuch ein Lokalelement vorliegt. Welche Funktion
hat der Kupferdraht?
Bei dem mit Kupferdraht umwickelten Eisennagel zeigt sich im Bereich des Kupfers
Rotfärbung, im Bereich des Eisens Blaufärbung. Eisen und Kupfer bilden ein Lokalelement.
Eisen geht in Form von Eisen(II)-Ionen in Lösung, sie bilden Berliner Blau. Die Elektronen des
Eisens fliessen zum Kupfer und reduzieren den im Wasser gelösten Luftsauerstoff.
Korrosionsschutz
Überzüge aus Nichtmetallen:
Schutzschichten aus beispielsweise Ölen, Kunstharzen und Email schützen das Metall vor
Wasser und Sauerstoff und damit vor Korrosion.
Überzüge aus Metallen:
Ox: Zn(s)
Zn2+(aq) + 2 e-
Red: 2 H3O+(aq) + 2e-
2 H2O(l) + H2(g)
Zinn ist resistenter gegen
saure Lösungen als Zn
Konservendosen:
Allgemein:
Ox: Fe(s)
Fe2+(aq) + 2 e-
Red: 2 H3O+(aq) + 2e-
2 H2O(l) + H2(g)
Kathodischer Korrosionsschutz:
2 H3O+(aq) + 2e-
2 H3O+(aq) + 2e-
2 H2O(l) + H2(g)
2 H2O(l) + H2(g)
Führen Sie zu zweit den folgenden Versuch durch und lösen Sie die Aufgaben:
Resultate:
Zink
Eisen
Versuch 2: Korrosionsschutz
Lösungen zu den Aufgaben:
a) Beschreiben Sie Ihre Beobachtungen und erklären Sie diese anhand von Reaktionsgleichungen.
Der Bereich um den Eisennagel ist rot gefärbt. Das Zink löst sich auf, die Elektronen fliessen
zum edleren Eisen und reduzieren den im Wasser gelösten Luftsauerstoff.
Ox:
2 Zn(s)
2 Zn2+(aq) + 4 e-
Red: O2(aq) + 2 H2O(l) + 4e-
4 OH-(aq)
b) Inwiefern wird bei diesem Versuch das Prinzip des kathodischen Schutzes deutlich?
Das Zink löst sich auf, es bildet die Opferanode. Das edlere Eisen als Kathode bleibt
unbeschädigt.