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) Zn2+(aq) + 2 e- Cu 2 H3O+(aq) + 2e- 2 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) 4 FeOOH(s) + 2 H2O(l) Oxidationszahlen?

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) + 2 K+(aq)   Berlinerblau

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 Reaktions- gleichung 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.

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.

Ox: Zn(s) Zn2+(aq) + 2 e- 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)

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 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.