Experiment des Monats Juli 1998 Korrosionsschutz

Unedle Metalle werden von wässrigen Lösungen angegriffen, wobei das Metall oxidiert wird. Die gebildeten Metallionen können schwerlösliche Oxide bilden. Erzeugen diese Oxide eine dichte Schicht auf der Metalloberfläche, wie z.B. bei Aluminium, ist meist kein Korrosionsschutz nötig. Sind die Oxide dagegen porös (beim Eisen-"Rost") oder wasserlöslich, würde das Metallbauteil nach einiger Zeit unbrauchbar. Man versucht daher, insbesondere bei Stahl, die Korrosion zu verhindern oder zumindest zu verlangsamen. Möglich ist dies durch Zulegieren edlerer Metalle ("Edelstahl") oder Aufbringung resistenter Schichten (Lackierung, Email). Man kann sich jedoch auch die Elektrochemie zu Nutze machen. In diesem Versuch wird die Auswirkung einer Lokalelement-Bildung und der Korrosionsschutz durch eine Opferanode gezeigt.

Geräte und Chemikalien:
Flache Schale (große Petrischale, Fotowanne, etc.) wird eine Glasschale verwendet, ist der Versuch auch zur Projektion geeignet.
Eisen-Nägel, Kupfer-Blech, Zink-Blech oder -Granalien, Natriumchlorid-Lösung (0,1 mol/l), 1 %ige Kaliumhexacyanoferrat(III)-Lösung, Gelatine.

Durchführung
100 ml NaCl- und 3 ml K₃[Fe(CN)₆]-Lösung mit ca. 15 g Gelatine eindicken, in die Schale gießen und drei Eisennägel hineinlegen. Die Nägel dürfen nicht verzinkt sein und sollten vorher abgeschmirgelt werden, um eine Oxidschicht zu entfernen. Einen Nagel leitend mit einem Kupferblech verbinden (im Foto links), einen zweiten mit Zink (rechts). Nach wenigen Minuten bildet sich in der Umgebung des mit Kupfer verbundenen Nagels eine Blaufärbung, später (nach 20-30 Minuten) auch am "freien" Nagel. An dem mit Zink verbundenen Nagel bleibt die Blaufärbung aus.

Erklärung:
Werden zwei verschiedene Metalle leitend miteinander verbunden, bildet sich ein "Lokalelement" aus. Das unedlere Metall geht in Lösung (Anode) und überträgt die entstehenden Elektronen auf das edlere Metall, das dann als Kathode wirkt und vor einem Angriff geschützt ist. Dieses Prinzip wird bei Rohrleitungen, Brücken, Tanks und Schiffen ausgenutzt. An den zu schützenden stählernen Objekten bringt man "Opferanoden" an (meist aus Magnesium oder Zink).
Der umgekehrte Fall kann auftreten, wenn ein eisernes Bauteil mit einem Überzug eines edleren Metalles (z.B. Zinn) versehen ist. So lange die Schutzschicht unversehrt ist, erfolgt keine Korrosion. Ist die Oberfläche beschädigt, bildet sich ein Lokalelement aus, wobei das unedlere Eisen schneller angegriffen wird.
In unserem Versuch wird die Auflösung des Eisens, d.h. die Freisetzung von Fe²⁺-Ionen, durch das Hexacyanoferrat angezeigt: Es bildet sich "Berliner Blau".

Gefahren:
Kaliumhexacyanoferrat(III) ist gesundheitsschädlich.

Literatur:
Georg Wittke: "Metalle" - Versuch 17, S. 131

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Seite erstellt am: Dienstag, 30. Juni 1998, A. Schunk.