Sauerstoffkorrosion

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Korrosion
Alterungspatina (an Bronze)

Als Sauerstoffkorrosion bezeichnet man einen Korrosionsvorgang, bei dem ein Metall in Gegenwart von Wasser (Luftfeuchtigkeit) durch Sauerstoff oxidiert wird. Bei dieser Redoxreaktion ist Sauerstoff das Oxidationsmittel (ebenso wie bei einer Verbrennung / Oxidation in reiner Sauerstoffatmosphäre), der Vorgang läuft jedoch in Kälte, mit Hilfe von Wasser oder Elektrolytlösung ab und ohne Flammenerscheinungen.

Eine Sauerstoffkorrosion kann in ähnlicher Form auch bei vielen anderen Metallen auftreten.

Voraussetzungen und Beispiele

Voraussetzung für eine Sauerstoff-Korrosion sind:

  • neutrale oder alkalische Elektrolytlösung mit gelöstem Sauerstoff (z. B. Wasser an Luft)
  • das Metall-Redoxpaar muss ein geringeres Standardpotenzial als das Redoxpaar $ \mathrm{O_2 / OH^{-}} $ (E = 0,4 V [1]) besitzen.

Beispiele für solche Korrosionsvorgänge sind die Bildung von Rost an Eisenwerkstoffen und die Bildung von Patina auf Kupferblech. Letztere kann jedoch, weil auch Kohlendioxid und Wasser bzw. Kohlensäure beteiligt ist, noch nicht eindeutig der Säure- oder Sauerstoffkorrosion zugeordnet werden.

Ablauf

Schematische Darstellung der Bildung von Rost

Der chemische Ablauf der Sauerstoffkorrosion eines metallischen Werkstoffes erfolgt unter Einwirkung bzw. Verbrauch von Sauerstoff, d.h. der Sauerstoff wirkt als Oxidationsmittel. Dieser Vorgang läuft vornehmlich in alkalischen und neutralen Lösungen ab. Die in der Elektrolytlösung gelösten Sauerstoffmoleküle reagieren mit Wasser zu Hydroxid-Ionen, welche mit dem Metall Oxide und Hydroxide bilden können. Dieser Vorgang wird am Beispiel der Rostbildung im Artikel Rost erläutert.

Allgemein lässt sich der Verlauf der Sauerstoffkorrosion wie jede Redoxreaktion in die Teilschritte Oxidation (Elektronenabgabe) und Reduktion (Elektronenaufnahme) aufteilen:

1.) Die Reduktion des Sauerstoffs kann mit folgendem Reaktionsschema beschrieben werden:

$ \mathrm{O_2 + 2 \ H_2O + 4 \ e^- \longrightarrow 4 \ OH^-} $

2.) Die Oxidation des Metalls erfolgt unter Abgabe von x Elektronen zum Metall-x-Kation, wobei x der chemischen Wertigkeit (Ionenladung, Oxidationszahl) des Metalles entspricht.

Für ein einwertiges Metall ergäbe sich als Gesamtreaktion somit:

$ \mathrm{4 \ Me + O_2 + 2 \ H_2O \longrightarrow 4 \ Me^+ \ + 4 \ OH^-} $

Zum Korrosionsvorgang gehört auch, dass sich ein kurzgeschlossenes Galvanisches Element bilden kann. Dieses besteht aus zwei Metallen oder Metall-Stücken (Lokalelemente) mit unterschiedlichem Elektrodenpotential (Kathode und Anode) und einer Elektrolytlösung.

Einzelnachweise

  1. Das große Tafelwerk (2002), ISBN 3-464-57146-7, S.135

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