Ziel des Versuchs: Versuch zu Auf- und Abbau einer Passivierungsschicht auf Eisen
| Thema: Korrosion und Korrosionsschutz | Tags: Korrosion, Korrosionsschutz, Passivierung | Klassenstufen: 7-8 | Versuchsart: LV |
Materialien
Glasschale (Durchmesser mindestens 20 cm), Schmirgelpapier, Glasstab, Zinkelektrode
Chemikalien
Eisen (-blech, Länge 20 cm), Schwefelsäure, (Wasser, Wasserstoffperoxid )
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS |
|---|---|---|---|
| Eisen | Leider in der Datenbank nicht gefunden - bitte nachschlagen! | ||
| Schwefelsäure 10% | H319-H315 | P280-P302+P352-P305+P351+P338 |  |
| Wasserstoffperoxid 30% | H302-H318 | P280-P305+P351+P338 |  |
| Wasser | - | - | |
| Zink | Leider in der Datenbank nicht gefunden - bitte nachschlagen! | ||
Durchführung
In die Glasschale wird eine Lösung aus 9,5 mL einmolarer Schwefelsäure, 11,5 mL Wasserstoffperoxidlösung und 32,5 mL destilliertem Wasser gegeben. Das Eisenblech wird sorgfältig (!) abgeschmirgelt und in die Lösung gegeben. Sollten Gasbläschen am Blech aufsteigen, wird vorsichtig und Durchmischen der Lösung mit einem Glasstab Wasserstoffperoxidlösung hinzugegeben, bis gerade so keine Gasentwicklung mehr zu beobachten ist. Anschließend wird das Blech an einem Ende für ca. 1 s mit einer Zinkelektrode berührt.
Beobachtung
Ausgehend von der Kontaktstelle breitet sich über das gesamte Blech eine Gasentwicklung aus. Die Gasentwicklung nimmt einige Sekunden über das Blech verteilt zu und ab und kommt schließlich wieder zum Erliegen. Der Vorgang lässt sich nur 1-2 Mal wiederholen, danach muss das Blech erneut abgeschmirgelt werden.
Deutung
Die Oberfläche des Eisenbleches reagiert mit dem Wasserstoffperoxid zu einer Schicht aus Eisenoxid, die den Kontakt des reinen Eisens mit der Salzsäure in der Lösung verhindert. Es kommt zur Passivierung des Eisens. Beim Kontakt mit dem Zinkblech reagiert das Eisenoxid der Passivierungsschicht zu einer wasserlöslichen Eisenverbindung. Somit kommt die Säure in der Lösung nun in Kontakt mit dem blanken Eisen. Es kommt zur Säurekorrosion des Eisens. Nach kurzer Zeit bildet sich eine neue Eisenoxidschicht und die Reaktion kommt wieder zum Erliegen.
Fachliche Auswertung.: Bildung der Passivierungssicht:
2 Fe + H2O2 → Fe2O3 + 3 H2OAbbau der Passivierungsschicht bei Kontakt mit dem Zinkblech:
Zn + 6 H+ + Fe2O3 → 2 Fe2+ + Zn2+ + 6 H2ODurch Aktivierung eines Teils der Metalloberfläche entsteht ein Lokalelement. Aufgrund einer geringen Potentialdifferenz zum angrenzenden passivierten Bereich kommt es zu folgenden „Ausbreitungsreaktion“, bei der das freigelegte Eisen an Stelle des Zinkblechs oxidiert wird:
Fe + 6 H+ + Fe2O3 → 3 Fe2+ + 6 H2OAn der aktivierten Eisenoberfläche findet zudem eine Säurekorrosion mit Bildung von Wasserstoffgas statt, siehe Langprotokoll.
Entsorgung
Die Entsorgung der Lösung erfolgt nach ausreichender Verdünnung über den Abfluss. Das Eisenblech und die Zinkelektrode können nach dem sorgfältigen Abschmirgeln wiederverwendet werden
Literatur
Matthias Ducci, Silke Ubben, Marco Oetken, Passivierung von Eisen, ChemKon , 5.Jhrg. 1998, Nr.4
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