Korrosion

Bei der Korrosion handelt es sich um die Zerstörung von Metallen durch Oxidation dieser Metalle. Die bekannteste und wirtschaftlich schädlichste Korrosion ist das Rosten von Eisen. Dabei reagiert Eisen mit Sauerstoff und Wasser zu verschiedenen Eisenoxiden und -hydroxiden. Diese Reaktionen betrachten wir jetzt noch genauer.

Zunächst wird Eisen zu Eisen(II) oxidiert und reagiert mit Hydroxidionen zu dem schwerlöslichen Eisen(II)-Hydroxid.

\begin{array}{llcll}
\text{Ox.:} & {Fe} & \quad \rightarrow & \quad \ {Fe^{2+}} \ + \ {2e^{-}} & \cdot 2 \\
\text{Red.:} & \ {O_2} \ + \ {2H_2O} \ + \ {4e^{-}} \ & \quad \rightarrow & \quad {4OH^{-}} \ & \\
\hline
\text{Redox:} & \ {2Fe^{2+}}\ + \ {O_2} \ + \ {2H_2O} & \quad \rightarrow \quad & {2Fe^{2+}} \ + \ {4OH^{-}} & \\
\end{array}

\begin{align*}
\Rightarrow \ {2Fe^{2+}} \ + \ {4OH^{-}} \quad \rightarrow \quad {2Fe(OH)2}
\end{align*}

Das Eisen(II) oxidiert leicht weiter zu Eisen(III), welches wieder mit Hydroxidionen zu Eisen(III)-Hydroxid weiterreagiert – ein gelbbrauner Feststoff.

\begin{array}{llcll}
\text{Ox.:} & {Fe^{2+}} & \quad \rightarrow & \quad \ {Fe^{3+}} \ + \ {e^{-}} & \cdot 4 \\
\text{Red.:} & \ {O_2} \ + \ {2H_2O} \ + \ {4e^{-}} \ & \quad \rightarrow & \quad {4OH^{-}} \ & \\
\hline
\text{Redox:} & \ {4Fe^{2+}}\ + \ {O_2} \ + \ {2H_2O} & \quad \rightarrow \quad & {4Fe^{3+}} \ + \ {4OH^{-}} & \\
\end{array}

\begin{array}{cl}
\Rightarrow & \ {Fe^{3+}} \ + \ {3OH^{-}} \quad \rightarrow & \quad \ {Fe(OH)3} \\
\Rightarrow & \ {Fe(OH)3} \quad \rightarrow & \quad {FeO(OH)} \ + \ {H_2O}
\end{array}

Das Eisen(III)-Hydroxid reagiert dann weiter zum braunen Eisen(III)-oxidhydroxid, indem Wasser abgespalten wird. Letztendlich liegt ein Gemisch aus Eisen(II)-hydroxid, Eisen(III)-hydroxid, Eisen(III)-oxidhydroxid und Wasser vor. Das Volumen von Rost ist größer als das des ursprünglichen Eisens, weshalb die Rostschicht auf dem Eisen leicht abplatzt.

Um das Rosten von Eisen zu verhindern, gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten: den passiven und aktiven Korrosionsschutz.

Passiver Korrosionsschutz

Wir können die Korrosion eines Metalls verhindern, indem wir dafür sorgen, dass das Metall nicht mit den für das Rosten verantwortlichen Reaktionspartnern in Berührung kommt. Dazu überziehen wir das Metall mit einer Schutzschicht aus einem korrosionsbeständigen Material. Diese Art von Korrosionsschutz wird passiv genannt, da die Schutzschicht keine Reaktion eingeht, also passiv ist.

Problematisch wird es jedoch, wenn die Schutzschicht beschädigt wird. In diesem Fall entsteht ein sogenanntes Kontaktelement. Die Schutzschicht, ein edles Metall, ist (elektrisch leitend) mit dem Eisen verbunden und durch die Beschädigung kommt Wasser an beide Metalle. Wasser wirkt in diesem Fall als Elektrolyt und wir haben eine Art galvanische Zelle. Am edleren Metall nimmt Wasser Elektronen auf und es wird Wasserstoff gebildet. Am unedleren Metall werden Elektronen abgegeben und somit das Metall abgebaut. In diesem Fall rostet das Eisen. Durch das Kontaktelement wird der Rostvorgang allerdings beschleunigt und das Eisen wird schneller beschädigt.

Aktiver Korrosionsschutz

Im Gegensatz zum passiven Korrosionsschutz gibt es noch die Möglichkeit des aktiven Korrosionsschutzes. Hierbei wird das Eisen mit einem unedleren Metall überzogen. Zunächst wirkt es als passive Schutzschicht. Der Vorteil hier ist, dass das Eisen auch bei der Beschädigung der Schutzschicht nicht rostet. Es entsteht zwar auch hier ein Kontaktelement, aber bei einem Kontaktelement wird immer das unedlere Element abgebaut, was in diesem Fall die unedlere Schutzschicht ist. Da nun die Schutzschicht unter Korrosion reagiert, handelt es sich um einen
aktiven Korrosionsschutz.