Korrosionswellen

Dieser Versuch bedarf etwas Vorbereitung (maximal ca. 15 Minuten) vor seine Ausführung, da die verwendete Lösung aus Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure im genau richtigen Verhältnis angesetzt werden muss. Die Lösung sollte möglichst nicht über Nacht stehen gelassen werden, da dies den Erfolg der Reaktion beeinträchtigen kann Er zeigt eindrucksvoll die wellenförmige Rück- und Neubildung einer Passivierungsschicht aus Eisenoxid auf einem Eisenblech. Die SuS sollten bereits über grundlegende Kenntnisse über Säurekorrosion verfügen.

Glasschale (Durchmesser mindestens 20 cm), Schmirgelpapier, Glasstab, Zinkelektrode

Eisen (-blech, Länge 20 cm), Schwefelsäure, (Wasser, Wasserstoffperoxid )

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.

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.

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 H₂O

Abbau der Passivierungsschicht bei Kontakt mit dem Zinkblech:

Zn + 6 H⁺ + Fe₂O₃ → 2 Fe²⁺ + Zn²⁺ + 6 H₂O

Durch 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 H₂O

An der aktivierten Eisenoberfläche findet zudem eine Säurekorrosion mit Bildung von Wasserstoffgas statt, siehe Langprotokoll.

Die Entsorgung der Lösung erfolgt nach ausreichender Verdünnung über den Abfluss. Das Eisenblech und die Zinkelektrode können nach dem sorgfältigen Abschmirgeln wiederverwendet werden

Matthias Ducci, Silke Ubben, Marco Oetken, Passivierung von Eisen, ChemKon , 5.Jhrg. 1998, Nr.4