Korrosion

Rost

Wie in der Tabelle der elektrochemischen Spannungsreihe abzulesen, ist Eisen unedler als Wasserstoff, wodurch Eisen aufgelöst wird, wenn dieses in Kontakt mit Hydroniumionen kommt. Wie im Kapitel zum Normalpotential erklärt, entstehen Hydroniumionen durch die Dissoziation von Wasser, wobei Hydronium- und Hydroxidionen gebildet werden. Die Hydroniumionen lösen mit Eisen die folgende Reaktion aus:

Wegen der geringen Anzahl an Hydroniumionen in reinem Wasser, läuft diese Reaktion nur sehr langsam ab. Auch wenn das Hydroxidion, das bei der Dissoziation des Wassers ebenfalls entsteht, in der obigen Gleichung nicht aufgelistet wird, ist das entstehende Endprodukt Eisenhydroxid, Das Nebenprodukt der Reaktion ist somit eine basische Lösung, welche die Anzahl der Hydroniumionen verringert. Wird die wässrige Lösung sauer, so steigt die Reaktionsrate deutlich.
Eine weitere Form der Korrosion ist die chemische Reaktion mit Sauerstoff und Wasser:

Wiederum wird Eisen(II)-hydroxid durch die oben beschriebene Reaktion gebildet, jedoch ohne Hydroniumionen zu benötigen. Eisen(II)-hydroxid ist nicht das Endprodukt der Rostbildung, da bei Anwesenheit von Sauerstoff und Wasser die folgende Reaktion abläuft:

Auch das hier gebildete Eisen(III)-hydroxid ist nicht das Endprodukt des Korrosionsprozesses:

Die durch die oben beschriebene Reaktion gebildete Substanz ist Eisen(III)-oxid-hydroxid in einer hydratisierten Form, was durch die Formulierung "* H₂O" ausgedrückt wird. Die Wassermoleküle sind dabei elementarer Bestandteil des Kristallgitters und nicht freies Wasser, was als "+ H₂O" geschrieben würde. Eisen(III)-oxid-hydroxid ist in Wasser schlecht löslich und kann zu Eisen(III)-oxid weiter reagieren:

Die bei dieser chemnischen Reaktion gebildeten Wassermoleküle sind nicht in das Kristallgitter des Eisen(III)-oxides eingebunden.
Eisen(II)-hydroxid kann auch zu Eisen(II)-oxid reagieren, anstelle von Eisen(III)-hydroxid:

Rost ist eine ganze Reihe verschiedener Eisenoxide, die bei der Reaktion mit Wasser und Sauerstoff gebildet werden.

Galvanische Korrosion

Wenn zwei unterschiedliche Metalle elektrisch leitend verbunden und in einen Elektrolyten getaucht werden, läuft ein Prozess ähnlich dem in einer galvanischen Zelle ab. Dieser Prozess wird daher als galvanische Korrosion bezeichnet. Betrachten wir eine Anordnung aus Eisen und Kupfer:

Galvanische Korrosion:
Ein Stück Eisen wird mit Wasser benetzt. Wie im Kapitel zur galvanischen Zelle beschrieben, gehen Eisenatome als Kationen in Lösung und lassen Elektronen in der "Eisenelektrode" zurück, sobald diese mit Wasser in Kontakt gerät. Negativ geladenes Eisen und positiv geladene Eisenionen ziehen einander durch die Coulombkraft an, was zur Bildung einer Schicht aus Eisenionen an der Oberfläche des Eisens führt. Diese Schicht aus Eisenionen hindert die Hydroniumionen daran, an das Eisen zu gelangen, um dort mit den überzähligen Elektronen zu reagieren. Andernfalls würde die Redoxreaktion zwischen Hydroniumionen und Eisen die Bildung elementaren Wasserstoffs und damit die oben beschriebene Korrosion von Eisen starten.
Galvanische Korrosion mit Kontaktmetall

Diese Situation ändert sich, sobald Eisen in Kontakt mit Kupfer gerät. Wie in einer galvanischen Zelle, wandern die überzähligen Elektronen zur "Kupferelektrode". An der Kupferoberfläche können die Hydroniumionen leichter in Kontakt mit diesen überzähligen Elektronen treten. Die Reaktion der Hydroniumionen zu elementarem Wasserstoff verringert nun die Anzahl der überzähligen Elektronen, wodurch weitere Eisenatome unter Elektronenabgabe als Ionen in Lösung gehen können.

Galvanische Korrosion beschleunigt die Korrosion eines unedleren Metalls.

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