Korrosion Kapitel 2
Korrosion für Werkstoffkundler
Korrosion für Werkstoffkundler
Nenne Beispiele von Metallen die Reaktionsträge sind, die eine Passivschicht ausbilden und die Korrosionsangriffe zeigen.
-Platin- und Edelmetalle =Reaktionsträge
-Titan, Tantal, Aluminium und Chrom bildne Passivschichten aus
-Zink, Stähle und Kupfer Korrosionsangriffe (bilden also weniger schützende Schicht) aber zeigen geringe Abtragsrate bei Luft oder neutralem Wasser
Welche Faktoren verhindern/behindern teilweise die Umwandlung in den stabilen Zustand?
Thermodynamische und kinetische Faktoren
In welche 2 unterschiedlichen Systemen lassen sich Metalle physikalisch beschreiben?
Rumpfgitter aus Kationen: Relevant für die mechanischen Eigenschaften, wie Dichte,Härte, Duktilität
Elektronengas: Relevant für die elektrischen und optischen Eigenschaften, wie Leitfähigkeit, Farbe, Glanz, Reflexion
Was passiert beim unteren Schaubild?
-Positionierung eine Kations an Metalloberfläche
-Bei der Metallauflösung muss die Aktivierungsenergie EA überschritten werden
-Durch die Hydratisierung der Metallionen kommt es zur Energiegewinnung
Nenne die 3 verschiedenen Elektrodenreaktionen?
Was ist die treibende Kraft der anodischen und kathodischen Teilreaktion bei der Metallkorrosion?
Das ist die Spannungsdifferenz
Beschreibe die Eigenschaftend der Leitfähigkeit bei einem Galvanischen Element (EC Korrosion)
Elektrolyt Leitfähigkeit hoch, An. und Kat. können weiter entfernt sein (wegen hoher Metallleitfähigkeit) z.B Rohrleitungen in feuchtem Erdreich
Elektrolyt Leitfähigkeit gering, An. und Kat. müssen nah beieinander sein. Z.B Edle und Unedle Stoffe
Wie ist der Eisenerz-Eisen-Rost-Kreislauf?
Was ist Korrosion?
Übergang eines Metalls in einen Thermodynamischen stabileren Zustand
Wie wird die Korrosionsgeschw. angegeben?
Stoffumsatz/Zeit
Wie werden Ströme definiert ? (EC Korrosion)
Ströme=Treibende Kraft/Wiederstand
Ströme:Stoffe und Ladungen
treibende Kraft: el. oder el.chem. Potenziale
Wiederstand:
Summe aus zahlreichen Einzelwiderstände wie z.B. An und Abtransport von Reaktionspartnern, Durchtritt durch Phasengrenzen etc
Was wird als galvanisches Element bezeichnet?
Elektrochemisches Element Redoxpaar, reduzierte Form in metallischer Phase und oxidierte Form in flüssiger Mischphase.
Was stellt die Potenzialdifferenz dar?
Dieser stellt die Potentialdifferenz zwischen den beiden Einzelpotenzialen des Redoxpaare dar.
Die Absolutwerte dieser Einzelpotentiale sind nicht messbar, messbar sind nur Potentialdifferenzen zwischen zwei Elektroden.
.
Wie werden die verschiedenen Potenziale von Halbelementen miteinander verglichen?
In dem sie mit einem Standardelement in Beziehung gesetzt werden, dieser besitzt wirkürlich den Wert 0.
Was haben Unedlere Metalle haben und edle Metalle für Normalreduktionspotenziale ?
unedle=negativ, edle=positiv
Was gibt die Normalreduktionspotenzial an?
Je negativer das Normalreduktionspotenzial ist, desto größer ist die Neigung des Metalls, in den Ionenzustand überzugehen.
Was sagt das Potenzial pH- Diagramm aus?
-Kann vorhergesagt werden ob ein Metall überhaupt korrodieren könnte oder nicht
-Aussage nicht für Anodische Metallauflösung, da keine Ionen an Reaktion beteiligt sind
-Gelöste Metallionen reagieren in wässrigem -Elektrolyt hauptsächlich mit Hydroxidionen und bilden dabei feste Reaktionsprodukte
-Kinetische Hemmung: Durch Deckschichten kann ein weiterer Angriff verlangsamt werden
1. Von was ist die obere Reaktion abhängig?
2. Warum besteht für die anodischen Metallauflösungsreaktion Me=Mez++ ze Reaktion keine pH Abhängigkeit?
3. Wie ergibt sich die treibende Kraft für eine elektrolytische Reaktion?
1. Vom potenzial als auch pH, da sowohl e- als auch p+ umgesetzt werden.
2. Da keine Ionen des Wassers an der Reaktion beteiligt sind
3.Aus der Zellspannung bei der anodischen Reaktion und der möglichen Elektrodenaufnahme der kathodischen Reaktion (pH-Wert des Mediums als konstant agesehen)
1. Was passiert passiert, wenn zwei inerte Elektroden in Wasser getaucht und eine äußere Spannungen von > 1.23 V angelegt wird?
2. Wie ist die Stabilität im Gebiet zwischen beiden Linien?
1. Elektrische Zersetzung von Wasser
2. Thermodynamisch stabil. Das Gleichgewicht liegt auf der rechten Seite (2 H2 + O2 = 2 H2O)
Die senkrechte Linie stellt das Gleichgewicht für die Reaktion H2O = H+ + OH- dar. Keine Elektrodenumsatz, somit Potenzial unabhängig.
In welchen 3 Teilbereiche wird das untere Diagramm unterteilt?
Korrosionsbereich: Anteil gelöster Metallionen >10-6 mol/l
Passivitätsbereich: Bildung von Oxiden / Hydroxiden, bei Haftung an Oberfläche verlangsamte Korrosion
Immunitätsbereich: Gelöste Metallionen < 10-6 mol/l
Beschreibe das untenstehende Diagramm (Korrosionsrate von unlegiertem Stahl in belüftetem Wasser in Abhängigkeit vom pH-Wert)
-Deutlich höhere Korrosionsraten bei saurer Umgebung
-Bei hohen pH-Werten kommt es zur Deckschichtbildung, Korrosionsrate nahe 0
Beschreibe das untenstehende pH-Diagramm von Zink
-Kein Gebiet der Koexistenz von Zink und Wasser
-Beständige Zinkphase bei pH-Werten von 8 – 12,
bildet eine Deckschicht aus
-Starke Korrosion in sauren oder alkalischen
Bereichen, Zink verhält sich amphoter zu Wasser
Unten werden die grenzen der Thermodynamischen Betrachtung aufgeführt.
-Die Thermodynamik gibt an welche Reaktionen überhaupt möglich sind
-Ein Metall ist dann korrosionsgefährdet, wenn es mit einer Elektrolytphase in Kontakt kommt, in der mögliche kathodische Redoxreaktionen ein höheres Gleichgewichtspotenzial aufweisen als das der anodischen Metallauflösungsreaktionen in dem gemeinsamen Medium.
-Elektrochemische Potenziale reichen als alleiniges Korrosionskriterium nicht aus. An der Phasengrenze Metall-Elektrolyt können sich auch infolge der Korrosionsreaktionen Konzen-trationen und der pH-Wert verändern und nicht mehr der Zusammensetzung im übrigen Medium entsprechen
-Auch Thermodynamische mögliche Reaktionen können kinetisch gehemmt sein.
Unten wird nochmals die Zusammenfassung aufgeführt
-Ein Metall das in ein Elektrolyt eingetaucht wird, ist bestrebt ein dynamisches Gleichgewicht einzustellen. Das Gleichgewicht wird aus Elektronen und Kationen des Metalls und Anionen und Kationen des Mediums eingestellt.
-Es entstehen auf der Oberfläche Mikrobereiche verschiedener Ladungen
-Reduktion erflogt an der Kathode, die Metallauflösung an der Anode.
-Zwei wichtige kathodische Redoxreaktionen sind Wasserstoff- und Sauerstoffentwicklung
-Metalle neigen zur Korrosion, wenn sie mit einem Medium in Kontakt kommen, in welchem die oxidierte Stufe des Redoxpaares im Gleichgewichtspotenzial ausgebildet wird, höher liegt als an der Metallelektrode. Alle Metalle mit Gleichgewichtspotenzial <0 lösen sich in stark sauren Lösungen.
-Bei Beteiligung von Protonen oder Hydroxdionen ist die Reaktion pH-Wert abhängig.
-Verhalten des Elektrodensystems wird im Potenzial-pH-Diagramm festgehalten
-
- 1 / 24
-
Cartes-fiches
Nenne Beispiele von Metallen die Reaktionsträge sind, die eine Passivschicht ausbilden und die Korrosionsangriffe zeigen.
-Platin- und Edelmetalle =Reaktionsträge
-Titan, Tantal, Aluminium und Chrom bildne Passivschichten aus
-Zink, Stähle und Kupfer Korrosionsangriffe (bilden also weniger schützende Schicht) aber zeigen geringe Abtragsrate bei Luft oder neutralem Wasser
Welche Faktoren verhindern/behindern teilweise die Umwandlung in den stabilen Zustand?
Thermodynamische und kinetische Faktoren
In welche 2 unterschiedlichen Systemen lassen sich Metalle physikalisch beschreiben?
Rumpfgitter aus Kationen: Relevant für die mechanischen Eigenschaften, wie Dichte,Härte, Duktilität
Elektronengas: Relevant für die elektrischen und optischen Eigenschaften, wie Leitfähigkeit, Farbe, Glanz, Reflexion
Was passiert beim unteren Schaubild?
-Positionierung eine Kations an Metalloberfläche
-Bei der Metallauflösung muss die Aktivierungsenergie EA überschritten werden
-Durch die Hydratisierung der Metallionen kommt es zur Energiegewinnung
Nenne die 3 verschiedenen Elektrodenreaktionen?
Was ist die treibende Kraft der anodischen und kathodischen Teilreaktion bei der Metallkorrosion?
Das ist die Spannungsdifferenz
Beschreibe die Eigenschaftend der Leitfähigkeit bei einem Galvanischen Element (EC Korrosion)
Elektrolyt Leitfähigkeit hoch, An. und Kat. können weiter entfernt sein (wegen hoher Metallleitfähigkeit) z.B Rohrleitungen in feuchtem Erdreich
Elektrolyt Leitfähigkeit gering, An. und Kat. müssen nah beieinander sein. Z.B Edle und Unedle Stoffe
Wie ist der Eisenerz-Eisen-Rost-Kreislauf?
Was ist Korrosion?
Übergang eines Metalls in einen Thermodynamischen stabileren Zustand
Wie wird die Korrosionsgeschw. angegeben?
Stoffumsatz/Zeit
Wie werden Ströme definiert ? (EC Korrosion)
Ströme=Treibende Kraft/Wiederstand
Ströme:Stoffe und Ladungen
treibende Kraft: el. oder el.chem. Potenziale
Wiederstand:
Summe aus zahlreichen Einzelwiderstände wie z.B. An und Abtransport von Reaktionspartnern, Durchtritt durch Phasengrenzen etc
Was wird als galvanisches Element bezeichnet?
Elektrochemisches Element Redoxpaar, reduzierte Form in metallischer Phase und oxidierte Form in flüssiger Mischphase.
Was stellt die Potenzialdifferenz dar?
Dieser stellt die Potentialdifferenz zwischen den beiden Einzelpotenzialen des Redoxpaare dar.
Die Absolutwerte dieser Einzelpotentiale sind nicht messbar, messbar sind nur Potentialdifferenzen zwischen zwei Elektroden.
.
Wie werden die verschiedenen Potenziale von Halbelementen miteinander verglichen?
In dem sie mit einem Standardelement in Beziehung gesetzt werden, dieser besitzt wirkürlich den Wert 0.
Was haben Unedlere Metalle haben und edle Metalle für Normalreduktionspotenziale ?
unedle=negativ, edle=positiv
Was gibt die Normalreduktionspotenzial an?
Je negativer das Normalreduktionspotenzial ist, desto größer ist die Neigung des Metalls, in den Ionenzustand überzugehen.
Was sagt das Potenzial pH- Diagramm aus?
-Kann vorhergesagt werden ob ein Metall überhaupt korrodieren könnte oder nicht
-Aussage nicht für Anodische Metallauflösung, da keine Ionen an Reaktion beteiligt sind
-Gelöste Metallionen reagieren in wässrigem -Elektrolyt hauptsächlich mit Hydroxidionen und bilden dabei feste Reaktionsprodukte
-Kinetische Hemmung: Durch Deckschichten kann ein weiterer Angriff verlangsamt werden
1. Von was ist die obere Reaktion abhängig?
2. Warum besteht für die anodischen Metallauflösungsreaktion Me=Mez++ ze Reaktion keine pH Abhängigkeit?
3. Wie ergibt sich die treibende Kraft für eine elektrolytische Reaktion?
1. Vom potenzial als auch pH, da sowohl e- als auch p+ umgesetzt werden.
2. Da keine Ionen des Wassers an der Reaktion beteiligt sind
3.Aus der Zellspannung bei der anodischen Reaktion und der möglichen Elektrodenaufnahme der kathodischen Reaktion (pH-Wert des Mediums als konstant agesehen)
1. Was passiert passiert, wenn zwei inerte Elektroden in Wasser getaucht und eine äußere Spannungen von > 1.23 V angelegt wird?
2. Wie ist die Stabilität im Gebiet zwischen beiden Linien?
1. Elektrische Zersetzung von Wasser
2. Thermodynamisch stabil. Das Gleichgewicht liegt auf der rechten Seite (2 H2 + O2 = 2 H2O)
Die senkrechte Linie stellt das Gleichgewicht für die Reaktion H2O = H+ + OH- dar. Keine Elektrodenumsatz, somit Potenzial unabhängig.
In welchen 3 Teilbereiche wird das untere Diagramm unterteilt?
Korrosionsbereich: Anteil gelöster Metallionen >10-6 mol/l
Passivitätsbereich: Bildung von Oxiden / Hydroxiden, bei Haftung an Oberfläche verlangsamte Korrosion
Immunitätsbereich: Gelöste Metallionen < 10-6 mol/l
Beschreibe das untenstehende Diagramm (Korrosionsrate von unlegiertem Stahl in belüftetem Wasser in Abhängigkeit vom pH-Wert)
-Deutlich höhere Korrosionsraten bei saurer Umgebung
-Bei hohen pH-Werten kommt es zur Deckschichtbildung, Korrosionsrate nahe 0
Beschreibe das untenstehende pH-Diagramm von Zink
-Kein Gebiet der Koexistenz von Zink und Wasser
-Beständige Zinkphase bei pH-Werten von 8 – 12,
bildet eine Deckschicht aus
-Starke Korrosion in sauren oder alkalischen
Bereichen, Zink verhält sich amphoter zu Wasser
Unten werden die grenzen der Thermodynamischen Betrachtung aufgeführt.
-Die Thermodynamik gibt an welche Reaktionen überhaupt möglich sind
-Ein Metall ist dann korrosionsgefährdet, wenn es mit einer Elektrolytphase in Kontakt kommt, in der mögliche kathodische Redoxreaktionen ein höheres Gleichgewichtspotenzial aufweisen als das der anodischen Metallauflösungsreaktionen in dem gemeinsamen Medium.
-Elektrochemische Potenziale reichen als alleiniges Korrosionskriterium nicht aus. An der Phasengrenze Metall-Elektrolyt können sich auch infolge der Korrosionsreaktionen Konzen-trationen und der pH-Wert verändern und nicht mehr der Zusammensetzung im übrigen Medium entsprechen
-Auch Thermodynamische mögliche Reaktionen können kinetisch gehemmt sein.
Unten wird nochmals die Zusammenfassung aufgeführt
-Ein Metall das in ein Elektrolyt eingetaucht wird, ist bestrebt ein dynamisches Gleichgewicht einzustellen. Das Gleichgewicht wird aus Elektronen und Kationen des Metalls und Anionen und Kationen des Mediums eingestellt.
-Es entstehen auf der Oberfläche Mikrobereiche verschiedener Ladungen
-Reduktion erflogt an der Kathode, die Metallauflösung an der Anode.
-Zwei wichtige kathodische Redoxreaktionen sind Wasserstoff- und Sauerstoffentwicklung
-Metalle neigen zur Korrosion, wenn sie mit einem Medium in Kontakt kommen, in welchem die oxidierte Stufe des Redoxpaares im Gleichgewichtspotenzial ausgebildet wird, höher liegt als an der Metallelektrode. Alle Metalle mit Gleichgewichtspotenzial <0 lösen sich in stark sauren Lösungen.
-Bei Beteiligung von Protonen oder Hydroxdionen ist die Reaktion pH-Wert abhängig.
-Verhalten des Elektrodensystems wird im Potenzial-pH-Diagramm festgehalten
