Chemie Grundlagen

Korrosion

Was ist Korrosion und wie hängt sie mit der elektrochemischen Spannungsreihe zusammen? Was kannst du dir darunter vorstellen, wenn ein Metall korrodiert? Genau das erklären wir dir hier!

Um das Thema noch schneller zu verstehen, kannst du dir gerne unser Video dazu anschauen! %Videoverweis

Inhaltsübersicht

Korrosion einfach erklärt

Die Korrosion bezeichnet die Veränderung oder Zerstörung der Oberfläche eines Metalls. Dabei wird die Veränderung oder die Zerstörung durch Redoxreaktionen des Metalls mit seiner Umgebung (z. B. Wasser oder Sauerstoff) hervorgerufen.

Definition Korrosion

Bei der Korrosion wird die Oberfläche eines Metalls durch Redoxreaktionen mit seiner Umgebung (z. B. Wasser oder Luftsauerstoff) verändert oder zerstört.

Korrosionsvorgänge sorgen dafür, dass Metalle teilweise ihre typischen Eigenschaften, wie ihre Festigkeit und ihren metallischen Glanz, verlieren. Dies kennst du beispielsweise beim Korrodieren von Eisen (Rosten), wo sich eine rot-braune Schicht auf dem Eisen ausbildet.

Was ist Korrosion?

Meist meint der Begriff der Korrosion umgangssprachlich die chemische oder die elektrochemische Korrosion. In diesem Fall wird die Oberfläche eines Metalls durch Redoxreaktionen mit der Umgebung verändert oder zerstört. Korrodiert dein Metall, so verändert es sich hinsichtlich seiner Eigenschaften

Einerseits verändert sich beim Korrosionsprozess die Farbe des Metalls, wie es zum Beispiel beim Rosten von Eisen der Fall ist. Andererseits verändert sich auch die Masse des Metalls. In einigen Fällen kommt es zu einer Massenabnahme, da Metallionen aus dem korrodierten Metall herausgelöst werden. Metalle wie Eisen oder Aluminium können aber ebenfalls bei der Korrosion Sauerstoff aufnehmen, wodurch die Masse des Metalls zunimmt.

Es gibt verschiedenste Korrosionsarten. Beispielsweise kann die Zerstörung einer Metalloberfläche gleichmäßig stattfinden, wobei du dann von Flächenkorrosion sprichst. Andererseits können Korrosionsprozesse auch punktuell an einer Stelle des Metalls vorkommen. Du sprichst dann von Lochkorrosion.

Chemische Korrosion

Von chemischer Korrosion sprichst du, wenn die Oberfläche eines Metall mit gasförmigen Korrosionsmedien (z. B. Sauerstoff) reagiert und sich auf der Metalloberfläche eine Oxidschicht ausbildet. Dieser Prozess kann schon bei Raumtemperatur stattfinden, beschleunigt sich bei höheren Temperaturen aber. Chemische Korrosionsprozesse können in vielen Fällen störend sein, da sie die besonderen Eigenschaften von Metallen (z. B. Leitfähigkeit) behindern. Jedoch können Metalle auch von der Oxidschlicht geschützt werden. Beispielsweise entsteht auf Aluminium eine Oxidschicht, die das Metall vor weiterer Korrosion schützt. Das Aluminium ist somit passiviert.

Elektrochemische Korrosion

Bei der elektrochemischen Korrosion sind zwei Metalle und eine Elektrolytlösung, also elektrisch leitende Flüssigkeit beteiligt. Einen solchen Aufbau bezeichnest du auch als galvanische Zelle.

Hierbei benötigst du ein unedles und ein edles Metall. Beide Metalle stehen hierbei meist im direkten Kontakt zueinander. Das unedle Metall gibt nun Elektronen an das edle Metall ab, wird also oxidiert. Folglich nimmt das edle Metall die Elektronen auf. Am edlen Metall können diese Elektronen nun von H3O+-Ionen aus dem Elektrolyten aufgenommen werden, wobei Wasserstoff (H2) entsteht.

2 H3O+ → 2 H2O + H2

Die Atome des unedlen Metalls gehen als Ionen in die Elektrolytlösung. Das unedle Metall wird also zersetzt.

Bei welchen Metallen es sich um ein edles Metall und bei welchen es sich um ein unedles Metall handelt, kannst du in der elektrochemischen Spannungsreihe nachschlagen. Schau dir hier unser Video zu der elektrochemischen Spannungsreihe an.

Interkristalline Korrosion

Die Interkristalline Korrosion, auch Kornzerfall genannt, tritt bei Legierungen auf. Legierungen sind Gemische aus zwei oder mehreren Metallen, die durch Zusammenschmelzen entstehen.

Jegliche Art von metallischem Werkstoff, also auch Legierungen, zeichnen sich dadurch aus, dass sie aus einer Vielzahl von sogenannten Körnern bestehen. Diese Körner sind durch Korngrenzen voneinander getrennt. Interkristalline Korrosionsvorgänge findet nun genau in diesen Korngrenzen statt, also zwischen den Körnern. Hierbei bleibt das Korninnere unversehrt.

%<img class="aligncenter  wp-image-77589" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/11/Interkristalline_Korrosion_res_wl2_710.png" alt="" width="240" height="118" /><b style="color: #ff00ff;"><b style="color: #ff00ff;"><b style="color: #ff00ff;">Interkristalline Korrosion</b><b style="color: #ff00ff;">: Körner, Korngrenzen, Legierungen, Stahl, Chrom, Kohlenstoff, Chromcarbide, Eisen</b><b style="color: #ff00ff;">

Interkristalline Korrosion bezieht sich vor allem auf Stähle. Stahl ist in den meisten Fällen eine Legierung aus Eisen und geringen Mengen an Kohlenstoff und anderen Metallen. Die Voraussetzung für diese Korrosionsart bei Stählen sind die Anwesenheit von Chrom und Kohlenstoff sowie erhöhte Temperaturen. Durch die Anwesenheit von Chrom und Kohlenstoff entstehen Chromcarbide, die sich an den Korngrenzen absetzen. An genau diesen Stellen fehlt nun Chrom, am dem sich eine Passivschicht ausbilden kann. Somit werden diese Stellen sehr Korrosionsempfindlich.

Aluminium Korrosion

Das Phänomen findet ebenfalls bei Aluminiumlegierungen statt. Hierbei sind die Korrosionsprozesse auf Verarmung der Elemente Silicium und Magnesium und der Anreicherung von Kupfer an den Korngrenzen zurückzuführen.

Galvanische Korrosion und Opferanode

Von galvanischer Korrosion, auch Kontaktkorrosion oder Bimetallkorrosion genannt, sprichst du, wenn ein unedles Metall und ein edles Metall in direktem Kontakt zueinander stehen. Sie ist somit elektrochemischer Natur. Du hast durch den direkten Kontakt beider Metalle einen geschlossenen Stromkreis. Als Elektrolyt reicht dann bereits ein Feuchtigkeitsfilm. Das unedle Metall löst sich auf und wird oxidiert und das edle Metall bleibt durch die Versorgung mit Elektronen reduziert.

Du nutzt diesen Effekt gezielt bei Opferanoden. Hierbei wird neben dem zu schützenden Element die Opferanode (z. B. aus Magnesium oder Zink) geschaltet. Die Opferanode löst sich statt des zu schützenden Metalls auf.

Kupfer Korrosion

Kupfer kann auf diese Weise vor dem Korrodieren bewahrt werden. Hierbei schaltest du beispielsweise eine Eisenelektrode als Opferanode.

%<img class="aligncenter  wp-image-77619" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2020/11/300px-Korrosionselement2.png" alt="" width="211" height="138" />Kupfer Korrosion: Oxidation, Eisen, Anode, Kathode, Elektrode, Elektrochemie, Sauerstoff, Wasser

Das Eisen ist das unedlere Metall und löst sich somit als erstes auf. Am Kupfer findet nun die Reduktion von Sauerstoff und Wasser statt, wobei die Elektronen aus dem Eisen stammen.

Fe → Fe2+ + 2 e

O2 + 2 H2O + 2 e → 4 OH

Messing Korrosion

Messing bezeichnet eine Legierung aus Kupfer und Zink. Der Zinkanteil kann dabei bis zu 40 % betragen. Meist wird der Zinkanteil durch Korrosionsvorgänge aufgelöst. Du sprichst dann auch von Entzinkung. Messing sollte niemals in Kontakt zu größeren Bauteilen aus Stahl stehen, da es sonst als Opferanode wirkt.

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