Korrosion

Rost ist uns sehr vertraut, besonders weil wir ihn oft als störend empfinden. Wenn unser Fahrrad verrostet ist das ein Zeichen für schlechte Pflege oder für schlechtes Material. Rost begleitet unser Leben als Symbol für Verfall und Vergänglichkeit. Wir tun dem Rost dabei etwas Unrecht, denn "rostrot" ist eine schöne Farbe, und wer Rost schon mal unter der Lupe angeschaut hat kann abenteuerliche "Wüstenlandschaften" entdecken.

Rost ist das chemische Produkt der Reaktion von Eisen mit Sauerstoff.
Wenn wir rotbraune Farbe herstellen wollen, ist die Reaktion von Eisen mit Sauerstoff zu Rost durchaus erwünscht.
Wenn wir aber ein Fass aus dem Werkstoff Eisen benutzen, dann bedeutet dieselbe Reaktion, daß uns etwas von dem Werkstoff verloren geht und das Fass seine Funktion (nämlich dicht zu sein) nicht mehr erfüllt.

In diesem, in der Technik schlechten Fall nennen wir die Reaktion von Eisen mit Sauerstoff "KORROSION".  Das ist auch der Oberbegriff für die unerwünschte Zersetzung aller metallischer Werkstoffe (Kupfer, Aluminium etc)

Es gibt Stoffe, die Metalle viel schneller zersetzen können, als der Luftsauerstoff alleine. Diese werden als gefährliche Stoffe mit der Klasse 8 "corrosive" bezeichnet.

Weil  auch unsere Haut ein Werkstoff ist, der unter diesen corrosiven Stoffen leidet, nennen wir die Wirkung auf deutsch auch "Ätzen".
Im deutschen Gefahrstoffsymbol sind deswegen zwei Teile enthalten.
Bei der Verätzung von Fischen durch Abwässer (Dünnsäure vgl. Säure) sprechen wir gerne von "Krankheiten", ohne die Ursache der Verätzung zuerst zu nennen.


Zeichnung    Kl 8



Liste der Versuche:

1. Korrosion im Vergleich
    Drei Metalle in sieben Flüssigkeiten

2. Korrosion in Farbe
    Die geknickten Nägel

3. Rost unter der Lupe
    Gips und Dosenblech

4. Laugenbrezel
    Geschmackvolles Modell für Hautverätzungen

5. Stahlwolle
    Oxidation und Formel

6. Elektrochemie
    Im Geld ist Spannung

7. Grünspan
    Historisches Kupfer


Versuch 1     Korrosion im Vergleich
                     Drei Metalle in sieben verschiedenen Lösungen

Geräte und Materialien:
Drei Reagensglasständer mit jeweils 8 Reagensgläsern
Reagensglasklammer
Gasbrenner

Eisennägel
Aluminiumstangen oder Schrauben
Kupferdraht (Abschnitte aus Elektrokabel)
Regenwasser
Leitungswasser abgekocht (wieder kalt)
Seewasser
gesättigte Kochsalzlösung
verd.  Salzsäure (10 % ig)
verd. Natronlauge (10 %ig)
Essigsäure (10 %ig)


Arbeitsanleitung

Gib jeweils einen Eisennagel in die acht Reagensgläser des ersten Ständers.
In die Gläser des zweiten Ständers die Aluminiumstücke und acht Kupferdrahtabschnitte in die Gläser des dritten Ständers.

Du hast nun drei Reihen mit jeweils acht Reagensgläsern.
Fülle in die drei ersten Gläser der Reihen Regenwasser ein, soviel, dass der Nagel gerade bedeckt ist.
In die zweiten Gläser fülle Leitungswasser ein,
in die dritten Gläser Seewasser
usw.
die achten Gläser der Reihen bleiben ohne Lösung, sie dienen zum Vergleich.

Was geschieht mit den Werkstoffen in den Lösungen?
Beobachte zunächst die Entwicklung in der ersten Stunde. Dann erhitze die Lösungen mit den Werkstoffen darin im Busenbrenner zum Sieden.
Nutze dazu den Reagensglashalter und beachte, dass keine Lösungen auf Personen spritzen können. Manche Flüssigkeiten können "überkochen", lege ein Handtuch bereit, ziehe einen Laborkittel an und trage unbedingt eine Schutzbrille !!


Trage deine Beobachtungen in die Tabellen ein:


Eisen in:                          sofort        nach 2 min     nach 15 min    nach 1 Stunde

Regenwasser
Leitungswasser
Seewasser
ges. Kochsalzlösung
verd.  Salzsäure
verd. Natronlauge
Essigsäure


Aluminium in:                 sofort        nach 2 min     nach 15 min    nach 1 Stunde

Regenwasser
Leitungswasser
Seewasser
ges. Kochsalzlösung
verd.  Salzsäure
verd. Natronlauge
Essigsäure


Kupfer in:                          sofort        nach 2 min     nach 15 min    nach 1 Stunde

Regenwasser
Leitungswasser
Seewasser
ges. Kochsalzlösung
verd.  Salzsäure
verd. Natronlauge
Essigsäure



Versuch 2     Korrosion in Farbe
                      Die geknickten Nägel

Geräte und Materialien
10 Petrischalen
200 ml Becherglas
2 Bechergläser 100 ml
Brenner, Dreibein, Ceranplatte
Spatel
Overheadprojektor
blanke Eisennägel
verzinkte Eisennägel
Zinkgranalien
Kupfersulfatlösung
Agar Agar
Phenolphthalein
K3  Fe (III) (CN)6   (fest)
Kochsalz

Arbeitsanleitung:

Bereite zunächst einige Nägel vor, an denen du die Korrosion erkennen kannst:

a)	Je zwei Nägel ohne Behandlung
b)	je zwei Nägel, die in der Mitte mehrfach gebogen wurden
c)	je zwei Nägel, die in eine Zinkgranalie gestochen sind (Granalie auf Holzunterlage legen, dann mit einem Hammer den spitzen Nagel hindurchschlagen.)
d)	je zwei verzinkte Nägel, die geknickt wurden.
e)	je zwei Nägel, die einige Minuten zur Hälfte in eine Kupfersulfatlösung getaucht worden sind.


Bereite eine Agar-lösung mit  Farbindikatoren:

Schlämme 4 g Agar-Agar Pulver in 200 ml Leitungswasser auf und erhitze bis zum Kochen. Gebe dann eine Spatelspitze K3  Fe (III) (CN)6  und drei Tropfen Phenolphthaleinlösung dazu.

Teile dann die Lösung in gleiche Teile zu je 100 ml auf.
Zu einer Teillösung gebe etwa 5 g Kochsalz, die andere bleibt unverändert.
Du kannst so die Wirkung von Salzwasser mit der Wirkung von Trinkwasser vergleichen.

Stelle zwei Reihen mit jeweils 5 Petrischalen auf und
Verteile jeweils eine Lösung auf eine Reihe.

Lege nun in jede Schale jeweils einen der fünf unterschiedlich behandelten Nägel in die Mitte hinein. Weil die Agarlösung bald erstarrt, müssen die Nägel schnell dazugegeben werden.

Stelle die durchsichtigen Petrischalen auf einen Overhaedprojektor. Dann ist besonders schön zu sehen, was geschieht.


Dort wo Eisen als Ion in Lösung geht reagiert es mit dem Blutlaugensalz zu Berliner Blau. Das Phenolphthalein  zeigt uns an, wo sich ein Hydroxid bildet.








Versuch 3      Rost unter der Lupe
                      Gips (Teil 1) und Dosenblech (Teil 2)

Teil 1 Korrosion in Gips
Geräte und Materialien
Zwei Petrischalen
Gips
Eisennägel
"Gipskartonschrauben"
Wasser
Trockenschrank oder warmer Platz

Arbeitsanleitung
Fülle eine Petrischalen mit trockenem Gips.
In die andere fülle Gips ein und feuchte ihn an, so dass er mit dem Wasser einen zähen Brei bildet.

Lege in beide Schalen jeweils einen Eisennagel und Gipsschraube hinein.
Stelle die Schalen an einen etwa 50 °C warmen Ort (Heizung oder Trockenschrank).
Betrachte das Ergebnis nach einer Stunde unter der Lupe.

Auswertung

Beschreibe den Effekt. Was ist die Ursache dafür?


Teil 2.  Blechdosen
Geräte und Materialien
Blechdose mit Naht
Blechschere
verd. Salzsäure (10 %ig)
Seewasser
2 Petrischalen
Schmirgelpapier

Arbeitsanleitung
Putze die Nahtstelle der Blechdose (Innenseite) mit feinem Schmirgelpapier blank Blech flach legen.
Schneide zwei Streifen von dem Blech herunter, ca.  2 cm breit, die die Nahtstelle etwa in der Mitte haben.
Lege in jeweils eine Petrischale eine Blechprobe.
Gieße über eine Probe Seewasser, über die zweite die verdünnte Salzsäure.


Beobachte zunächst etwa 15 Minuten, was geschieht, dann schaue unter der Lupe nach.

Auswertung

Beschreibe den Effekt. Was ist die Ursache dafür?










Versuch 4        Laugenbrezel
                        Ein geschmackvolles Modell für Hautverätzungen
                        Korrosion in heißer Lauge


Geräte und Materialien
Mehl Wasser und Hefe für einen Hefeteig
600 ml Becherglas
"Kaisers Natron"
Kochsalz
Zwei Esslöffel
Dreibein, Brenner, Ceranplatte oder Heizplatte
Backblech mit Backpapier oder Haferflocken
Backofen (oder Trockenschrank) 150 °C

Arbeitsanleitung
Hefeteig  kalt am Vortag ansetzen.
Mehrere kleine Teigkugeln formen.
600 ml Becherglas (hoch) mit 150 ml Wasser füllen,
Ein Esslöffel voll "Kaisers Natron" und einen halben Teelöffel Kochsalz dazugeben. Die Lösung zum kochen bringen.

Tauche in diese Lösung vorsichtig mit Hilfe der Esslöffel einen Teigball ein. Zunächst wird er in der kochenden Lösung verschwinden, dann nach etwa einer Minute aber wieder aufschwimmen. Nimm ihn dann mit den Esslöffeln wieder heraus und lege ihn auf das Backblech (Backpapier oder Haferflocken darunter).

Nachdem alle Teigbälle in der Lauge angeätzt wurden schiebe das Blech in den vorgeheizten Backofen oder notfalls in den Trockenschrank.
Bei 150 °C ca. 20 min backen.

Bewerte das Backwerk danach und probiere das Ergebnis.
Was geschieht und warum?
Ist die Oberfläche der fertig gebackenen Laugenbrezeln wirklich alkalisch?

Dies ist ein Modell für die Modell für die Verätzung der Haut






Versuch 5                  Stahlwolle
                                  Oxidation und Formeln

Geräte und Materialien
Gasbrenner, Dreibein, Tondreieck
Stahlwolle
Waage
großer Glühtiegel
Wunderkerzen
Korundscheibe


Arbeitsanleitung
Anders als beim Rosten kann die Oxidation der Eisens (die Reaktion von Sauerstoff mit Eisen) schnell verlaufen und die Energie dabei als Glut sichtbar sein.

Gib Stahlwolle in einen Glühtiegel und wiege beides mit der Waage auf mindestens 0.1 Gramm genau.
Dann verbrenne die Stahlwolle, indem du den Tiegel auf dem Brenner zur Rotglut bringst. Dabei entzündet sich die Stahlwolle, die Verbrennungsglut ist gut zu sehen.

Lasse nach der Reaktion abkühlen und wiege den Tiegel mit Inhalt erneut.

Trage in die Tabelle ein:
Masse von Tiegel und Stahlwolle vor der Reaktion:
                                                    nach der Reaktion:
                                                                  Differenz:

Welche Formel hat das entstandene Eisenoxid?
theoretisch ist   FeO  ,  Fe203   oder   Fe304   möglich.

Bei diesem Versuch kannst du einen typischen "Schmiedegeruch" wahrnehmen.
Den Geruch kennst du von Wunderkerzen und von der Trennscheibe, die Eisen zerteilt. In beiden Fällen werden unter Funkenerscheinung Eisenoxide gebildet.






Versuch 6      Elektrochemisches  Potential
                        Im Geld ist Spannung


Geräte und Materialien
Zwei Äpfel oder Seewasser mit Kleister
Geldmünzen oder Stifte aus verschiedenen Metallen
feines Schmirgelpapier
mV - Meter
5 Kabel mit Bananensteckern  und  8 Krokodilklemmen
Kleines Radio (3 V)


Arbeitsanleitung

Wenn Metalle korrodieren fließt dabei ein elektrischer Strom.
Diesen Strom können wir nutzen, die Spannungen sind messbar.

Nimm zwei Geldmünzen aus verschiedenen Metallen und schmirgel sie mit dem feinen Schmirgelpapier blank.
Stecke sie so in den einen Apfel, dass noch 5 mm vom Geldstück herausschaut.
Klemme die Krokodilklemmen an die Münzen und verbinde die Elektroden mit dem Messgerät. Stelle dieses auf den Messbereich mV ein.
Lies den Messwert nach etwa  einer halben Minute ab und trage den Wert in die Tabelle ein.

Nimm nun verschiedene Kombinationen von Münzen. Welche Spannungen sind zu messen?


Münze 1    Münze  2                 Spannung

Mit mehreren Äpfeln ist eine Serienschaltung zu machen, dabei addieren sich die Spannungen. Versuche das Radio zu betreiben.


Zeichne die Kombination auf, mit der du das Radio mehr als ein Rauschen produzierte:



+ Pol                                                                                 - Pol







Wenn du keine Äpfel hast, kannst du als Elektrolyt auch Seewasser nehmen, das durch einen Kleisterzusatz (Tapetenkleister) am starken Durchmischen gehindert ist. (Die Matallionen werden dadurch gebremst und Elektrolyse verhindert.)






Versuch 7          Grünspan
                          Historisches Kupfer

Geräte und Materialien
Kupferrohrstücke
"Essig Essenz"
200 ml Becherglas, hoch
Proben von Kupferaccetat
und anderen Kupfersalzen
Lupe
Nachweis für Accetat

Arbeitsanleitung
Alte Kirchendächer wie zum Beispiel der "Hamburger Michel" wurden mit Kupfer abgedeckt. Sie haben heute die typisch grüne Färbung. Bei Kupfer in Wind und Wetter scheint also nicht das rotbraune Kupferoxid das Ergebnis der Korrosion zu sein. Was ist es dann?

Fülle das 200 ml Becherglas mit etwa 100 ml Essigsäure.
Stelle ein Stück Kupferrohr in die Essigsäure, so dass es noch zur Hälfte herausschaut. Es bildet sich ein Kupfersalz weil Kupfer in der Säure korrodiert.
Vergleiche die Farbe des mit den Kupfersalzproben.

Achtung! Kupfersalze sind giftig. Hautkontakt vermeiden!
Das "Vitriol" von dem Wilhelm Busch schreibt ist Kupfersulfat. Es wird im Weinbau als Gift gegen Schädlinge verwendet.

Kratze von dem korrodierten Kupferrohr etwas Salz ab. Mache die chemische Nachweisreaktion auf Accetate nach der Vorschrift.






Querverweise



Elektrochemie
Auto-Akkumulator
andere Batterien,  (Name ?)


Korrosion an anderen Metallen:
Silber, Zink, Messing,


Blechdosen mit Lötnaht



Korrosionsschutz
 Mennige, Emaille, Epoxide
Metalloberflächen


Halogenlampe, Transportreaktionen



Altern von Plastikmaterialien
Haltbarkeit
Verträglichkeit von Chemikalien







Fallstudien

Unfälle mit der Ursache in der Korrosion



Elektrochemie bei Zahnmetallen
Texte dazu ?



Food contact legislation



Opferanode
Foto, Bericht




Stromkabel in der Ostsee






Fragen

1. Welche der vier Bedingungen müssen erfüllt sein, damit eine Korrosion stattfinden kann ?
a.  Sauerstoffzutritt
b  Wasser oder Feuchtigkeit
c  zwei verschiedene Metalle oder Metallstrukturen
d  leitende Verbindung zwischen den beiden Metalle in Punkt c

2. Warum verrosten Autos in der Sahara nicht ?

3. Was bedeutet ELOXAL ?

4. Warum fault Holz im Salzwasser nicht ?

5. Die Fässer mit  Giftgasen und Munition aus dem Krieg rosten in der Ostsee langsam durch. Warum rosten sie in der Nordsee viel schneller?

6. Wenn man verzinkte Dachrinnen hat, soll man keine Bleiverkleidung um Dachabschlüsse machen, halten die Bleiverkleidungen etwa nicht ?

7.  Wie verhindern die "Antifoulings" an Schiffsrümpfen die Korrosion ?

8. Warum bildet sich Grünspan auf Kupfer nicht in Wohnzimmern?

9. Sind Kunststoffbehälter gegen Umwelteinflüsse stabiler, weil sie nicht rosten können?

10. Sind die Worte Korrosion und rasieren miteinander verwand?



Antworten: