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Rost an einem Fahrrad sieht erst nur unschoen aus, kann aber Metall wirklich zerstoeren. Dahinter steckt keine Magie, sondern eine Redoxreaktion mit der Umgebung. Nach dieser Seite kannst du erklaeren, was Korrosion ist, warum Eisen rostet und wie Korrosionsschutz funktioniert.
- Ich kann Korrosion als Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umgebung erklaeren.
- Ich kann Rost als spezielle Korrosion von Eisen einordnen.
- Ich kann die Rolle von Wasser, Sauerstoff und Salzen beschreiben.
- Ich kann Korrosion als elektrochemischen Vorgang deuten.
- Ich kann passive und aktive Korrosionsschutzmethoden unterscheiden.
Korrosion ist mehr als Rost
Korrosion bedeutet, dass ein Werkstoff mit Stoffen aus seiner Umgebung reagiert und sich dabei messbar veraendert. Bei Metallen ist das oft eine Oxidation. Rost ist nur ein besonders bekanntes Beispiel: die Korrosion von Eisen oder Stahl.
Korrosion
Korrosion ist die chemische oder elektrochemische Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umgebung. Dabei veraendern sich Stoff, Oberflaeche oder Funktion des Materials.
Rost
Rost ist ein Gemisch aus wasserhaltigen Eisenoxiden und Eisenhydroxiden. Er entsteht, wenn Eisen in Gegenwart von Wasser und Sauerstoff korrodiert.
Ordne drei Beobachtungen ein.
Ein Eisennagel wird braunrot und broeselig: Das ist Rost, also Eisenkorrosion.
Kupfer bekommt mit der Zeit eine gruene Schicht: Das ist ebenfalls Korrosion, aber kein Rost.
Gold bleibt an Luft lange glaenzend: Es ist sehr edel und reagiert kaum mit der Umgebung.
Jeder Rost ist Korrosion, aber nicht jede Korrosion ist Rost.
Warum Eisen rostet
Eisen rostet besonders gut, wenn Wasser und Sauerstoff gleichzeitig vorhanden sind. Wasser bildet einen duennen Elektrolytfilm auf der Oberflaeche. Darin koennen Ionen wandern. Sauerstoff nimmt Elektronen auf, Eisen gibt Elektronen ab.
Redoxreaktion
Eine Redoxreaktion besteht aus Oxidation und Reduktion. Bei der Oxidation werden Elektronen abgegeben, bei der Reduktion werden Elektronen aufgenommen.
Vereinfachter Ablauf beim Rosten:
- Eisenatome geben Elektronen ab: \(Fe \rightarrow Fe^{2+} + 2e^-\).
- Sauerstoff nimmt mit Wasser Elektronen auf: \(O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-\).
- Eisen-Ionen und Hydroxid-Ionen reagieren weiter.
- Es entstehen Eisenhydroxide und daraus wasserhaltige Eisenoxide: Rost.
Rost schuetzt Eisen nicht zuverlaessig. Die Rostschicht ist poroes und laesst Wasser und Sauerstoff weiter zum Metall gelangen.
Was Korrosion beschleunigt
Salzwasser laesst Eisen schneller rosten als reines Wasser. Der Grund ist nicht, dass Salz selbst "Rost macht". Salzloesungen leiten den elektrischen Strom besser, weil mehr bewegliche Ionen vorhanden sind. Dadurch laufen elektrochemische Teilreaktionen leichter ab.
Vergleich im Alltag:
Ein Fahrrad steht trocken im Keller. Es rostet langsam, weil wenig Wasser auf der Oberflaeche ist.
Ein Fahrrad steht draussen im Regen. Es rostet schneller, weil Wasser und Sauerstoff immer wieder nachgeliefert werden.
Ein Fahrrad bekommt im Winter Streusalz ab. Es rostet noch schneller, weil die Salzloesung als Elektrolyt wirkt.
Feuchtigkeit, Sauerstoff und Ionen beschleunigen viele Korrosionsvorgaenge.
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Kontaktkorrosion und edlere Metalle
Wenn zwei unterschiedliche Metalle elektrisch leitend verbunden sind und ein Elektrolyt vorhanden ist, kann ein galvanisches Element entstehen. Das unedlere Metall wird dann bevorzugt oxidiert. Diese Form heisst Kontaktkorrosion.
Kontaktkorrosion
Kontaktkorrosion ist Korrosion durch den leitenden Kontakt zweier unterschiedlicher Metalle in Gegenwart eines Elektrolyten. Das unedlere Metall wird dabei staerker angegriffen.
Eisen beruehrt Kupfer in feuchter Umgebung.
- Kupfer ist edler als Eisen.
- Zwischen den Metallen und dem Wasserfilm entsteht ein elektrochemisches System.
- Eisen gibt leichter Elektronen ab.
- Eisen korrodiert in der Naehe des Kontakts schneller.
Der gleiche Gedanke wird beim Schutz genutzt: Ein unedleres Metall kann absichtlich geopfert werden, damit das zu schuetzende Metall erhalten bleibt.
Korrosionsschutz
Korrosionsschutz versucht, eine der notwendigen Bedingungen zu unterbrechen. Man kann das Metall von Wasser und Sauerstoff trennen, eine schuetzzende Schicht bilden oder ein unedleres Metall opfern.
Passiver Korrosionsschutz
Passiver Korrosionsschutz trennt den Werkstoff von der Umgebung, zum Beispiel durch Lack, Kunststoffbeschichtung, Oel, Fett oder eine dichte Oxidschicht.
Aktiver Korrosionsschutz
Aktiver Korrosionsschutz beeinflusst den elektrochemischen Vorgang. Ein Beispiel ist die Opferanode aus einem unedleren Metall wie Zink oder Magnesium.
Verzinken von Eisen:
Zink ist unedler als Eisen. Wenn die Zinkschicht beschaedigt wird und Feuchtigkeit vorhanden ist, wird bevorzugt Zink oxidiert. Das Eisen bleibt dadurch laenger geschuetzt. Darum schuetzt Verzinken nicht nur als Schicht, sondern auch elektrochemisch.
Lack schuetzt, solange er dicht bleibt. Zink kann Eisen sogar an kleinen Kratzern noch elektrochemisch schuetzen.
Pruefungsmodus
Bei Korrosionsaufgaben musst du meistens Ursache, Reaktion und Schutz trennen. Frage dich: Welches Metall wird oxidiert? Gibt es Wasser oder einen Elektrolyten? Wird nur abgedeckt oder elektrochemisch geschuetzt?
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