Korrosion

in Chemie, geschrieben von Pia O.

Begriffserklärung:
Unter der chemischen Korrosion versteht man die Zerstörung von Metallen von der Oberfläche her durch elektrochemische Reaktionen mit ihrer Umgebung. Da Korrosion unter normalen Umständen unerwünscht ist, werden Korrosionsschutzmaßnahmen angewendet.

Man unterscheidet zwischen mehreren Korrosionstypen:

Säure-Korrosion:
Bei der Säure-Korrosion werden die Metalle durch Hydronium-Ionen des säurehaltigen Elektrolyten unter Wasserstoffentwicklung zerstört.

 
Voraussetzungen für die Säure-Korrosion:
  • Lokalelement unterschiedlicher Metalle (z. B. Zink, Zinn und Kupfer)
  • säurehaltiger Elektrolyt (pH < 7)
Wasserstoffkorrosion ist eine Form der Korrosion bei Metallen, bei der Wasserstoff reduziert wird und meist als Gas entweicht. Die Reaktion findet unter Sauerstoffmangel und meistens im sauren Millieu statt. Das Metall wird oxidiert und geht als Ionen in Lösung, während Hydroniumionen, erzeugt durch Dissoziation von Wasser bzw. Zugabe von Säure durch Aufnahme von Elektronen zu elementarem Wasserstoff reduziert werden, wobei Wasser entsteht.
Wasserstoffversprödung entsteht durch das Eindringen und die Einlagerung von Wasserstoff in Metalle. Da Wasserstoff das leichteste und kleinste Element ist, kann es relativ leicht durch Diffusion aus Metall-Flaschen oder Rohren entweichen. Ein Teil der Wasserstoffs wird dabei in das Metallgitter eingelagert und es entsteht vorübergehend ein Metallhydrid. Zu Speicherzwecken ist dieser Effekt manchmal gewünscht (siehe Metallhydridspeicher).
Durch die Einlagerung des Wasserstoffs in das Metallgitter wird dieses geweitet. Das Resultat ist eine Versprödung des Metalls an der Stelle, wo der Wasserstoff jetzt im Gitter steht.

Sauerstoff-Korrosion:
Bei der Sauerstoff-Korrosion werden die in der Elektrolytlösung enthaltenen Sauerstoffatome zu Hydroxid-Ionen reduziert, die dann mit dem Metall Oxide bilden können. Das Rosten von Eisen ist beispielsweise eine Sauerstoff-Korrosion.

Voraussetzungen für die Sauerstoff-Korrosion:
  • neutrale oder alkalische Elektrolytlösung mit gelöstem Sauerstoff (z. B. Wasser an Luft)
  • das Metall-Redoxpaar muss ein geringeres Standardpotenzial als das Redoxpaar O2 / OH – (U = 0,4 V) besitzen
Um die Korrosion von Metall zu verhindern oder zumindest zu verzögern, werden seit Jahrhunderten Korrosionsschutzmaßnahmen ergriffen.
Diese im Grunde sehr unterschiedlichen chemischen und physikalischen Techniken lassen sich in wenige Kategorien einteilen.

Schutz durch eine Sperrschicht:
Eine Sperrschicht ist eine möglichst undurchlässige und nicht elektrisch leitfähige Schicht wie zum Beispiel ein Lack oder eine Konversionsschicht, d.h. eine Phosphatierung, eine Eloxalschicht,eine Harteloxalschicht, eine Chromatierung oder andere Umwandlungsschichten mit eher keramischem Charakter.

Aktiver kathodischer Korrosionsschutz:
Unedlere Schichten schützen das Werkstück und fungieren dabei als Opfer- oder Schutzanode – die Schicht löst sich bevorzugt auf und erhält somit möglichst lang die Funktion des Bauteils. Ein klassisches Beispiel ist die Verzinkung von Stahl, aber auch der Schutz von Wasserbauwerken wie z.B. Schiffen, Schleusen, Spundwänden, Bootsteilen und Schienen durch entfernte Opferanoden aus Zink-, Aluminium- oder Magnesium-Legierungen.
Passivierung ist ein Verfahren zur Versiegelung von Oberflächen.


Ein Feststoff wird passiviert, wenn er durch Bildung einer dünnen, oberflächlichen Korrosionsschicht (häufig eine Oxidschicht) gegen weitere Korrosion geschützt wird, wie das z. B. bei Aluminium der Fall ist.
Eine besonders starke Neigung zur Passivierung zeigen die Refrektärmetalle.
Als Glaskorrosion wird die strukturelle Veränderung der Glasoberfläche von Trinkgläsern und anderen Glasobjekten bezeichnet, die vor Allem durch häufiges Spülen in der Geschirrspülmaschine auftritt. Optisch erkennbar ist sie durch einen milchiggrauen Schleier, der sich nicht mehr entfernen lässt.

Auf chemischer Ebene handelt es sich um das Herauslösen von Ionen von Elementen wie Natrium, Kalium oder Barium. An den betroffenen Stellen verändern sich damit die optischen Eigenschaften des Materials (Brechungswinkel), wodurch die Trübung auftritt.

Beeinflusst wird die Anfälligkeit für Glaskorrosion unter Anderem durch das Material selbst (so ist beispielsweise Bleikristallglas weniger anfällig), durch Kalkgehalt und Temperatur des Spülwassers als auch durch den während des Trocknens einwirkenden Wasserdampf. Auch die chemische Zusammensetzung des verwendeten Spülmittels hat Einfluss auf die Glaskorrosion. Hierbei sind insbesondere Spülmittel mit aktivem Sauerstoff zu nennen. Dieser wirkt auf die Glasoberfläche ein und kann sie durch Oxidation angreifen.

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