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Seminararbeit / Hausarbeit

Korrosion von Eisen und deren Auswir­kungen auf die Umwelt

1.787 Wörter / ~27 Seiten sternsternsternsternstern Autor Bernd L. im Jun. 2016
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Dokumenttyp

Seminararbeit
Chemie

Universität, Schule

Karl-Franzens-Universität Graz - KFU

Note, Lehrer, Jahr

1,Helga Voglhuber, 2016

Autor / Copyright
Bernd L. ©
Metadaten
Preis 9.00
Format: pdf
Größe: 0.81 Mb
Ohne Kopierschutz
Bewertung
sternsternsternsternstern
ID# 57654







Korrosion und Umwelt

Korrosion von Eisen und deren

 Auswirkungen auf die Umwelt


Vorwissenschaftliche Arbeit


Betreuerin: Prof. H. Voglhuber

SE Spezielle Fachdidaktik WS 2015/16

Abstract

Viele Menschen glauben, dass der Korrosionsprozess, also das Rosten von Metallen, nur negative Folgen für die Wirtschaft mit sich bringt, aber das stimmt nicht. Es können auch Auswirkungen auf die Umwelt mit den dazugehörigen Ökosystemen auftreten, die sich verheerend äußern können.

In der vorliegenden Arbeit werde ich Bezug auf diese Fragestellung nehmen, indem ich die Umweltaspekte anhand dem Rostvorgang von Eisen erörtern werde. Dazu dienen zwei Experimente, die einerseits die möglichen Einflüsse liefern sollen, die auf die Geschwindigkeit des Korrosionsprozesses wirken.

Andererseits dient ein zweites Experiment dazu, welche Möglichkeiten es gibt, das Rosten von diversen Gegenständen zu verhindern.

Des Weiteren wird Bezug auf die verschiedenen Arten der Korrosion genommen und in weiteren Schritten geklärt, ob und wie es möglich ist, denn bereits vorhanden Rost zu entfernen, das heißt den Korrosionsprozess umzukehren.

Mit diesen Ergebnissen werde ich anhand von aktuellen Beispielen zeigen, welche möglichen Gefahrenquellen für die Umwelt existieren und wie sich diese auswirken.


Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Thema

    2.1 Definition

    2.2 Galvanische Zelle und Standardpotential E^0

    2.3 Elektrolyse

    2.4 Korrosion von Eisen

    2.5 Korrosionsarten

    2.6 Einflüsse auf Korrosionsgeschwindigkeit

           2.6.1 Experiment 1

    2.7 Korrosionsschutz

           2.7.1 Experiment 2

           2.7.2 Möglichkeiten für Korrosionsschutz

                      2.7.2.1 Kathodischer Schutz

                      2.7.2.2 Galvanisierung

    2.8 Umkehrung des Korrosionsprozesses

    2.9 Auswirkungen auf die Umwelt

3 Zusammenfassung

Literaturverzeichnis


1 Einleitung

Wenn man sich nicht sorgfältig um das eigene Fahrrad oder das Auto kümmert, kann dieser als Folge davon auftreten, der Rost. Dieser führt des Öfteren zu großen Problemen, zum Beispiel, wenn Rohre undicht werden und somit Wasser nicht mehr transportieren können.

Durch das Rosten werden viele Gegenstände unbrauchbar und landen auf dem Müll. Dadurch entsteht für die Volkswirtschaft ein großer Schaden

Um diesen Prozess vorzubeugen werden jedes Jahr Unmengen von Summen investiert.

Doch wie entsteht der Rost? Welche Maßnahmen können dagegen ergriffen werden? Welche Auswirkungen besitzt Korrosion auf die Umwelt?

In der vorliegenden Arbeit möchte ich versuchen diese Fragen zu klären, indem ich näher auf den Korrosionsprozess von Eisen eingehe. Dabei werden durch zwei Experimente geklärt, welche Einflüsse es auf die Geschwindigkeit des Rostvorganges gibt und welche Methoden existieren, um Korrosionsschutz zu betreiben.

Des Weiteren werden einige Korrosionsarten behandelt, geklärt, ob der zu behandelnde Prozess reversibel ist und schlussendlich die Auswirkungen durch Korrosion von Eisen auf die Umwelt anhand von Beispielen behandelt.

.....[Volltext lesen]

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Diese werden dadurch erhalten, indem die Spannungsdifferenz bezüglich der Wasserstoffelektrode, welche den Wert  zugeordnet wird, bestimmt wird.

Des Weiteren kann aus dieser Reihe herausgelesen werden, dass starke Reduktionsmittel große negative Potenziale besitzen, die mit Zunahme dieser schwächer werden.

Dementsprechend zeigt sich auch, dass Stoffe, die eine oxidierende Wirkung besitzen, unedle Metalle darstellen, während mit wachsenden Werten der Normalpotenziale das Metall edlen Charakter erhält.[2]

2.3 Elektrolyse

Während bei der galvanischen Zelle der Prozess spontan, also freiwillig abläuft, weil aus starken Reduktions- bzw. Oxidationsmittel schwache entstehen, müssen bei der Elektrolyse, die darauf abzielt, solche Prozesse umzudrehen, eine Energiequelle in Form von Gleichstrom angeschlossen werden.

Das heißt, man erzwingt den Vorgang durch Energiezufuhr. Die Anode und die Kathode tauschen hierbei ihren Platz, was bedeutet, dass die Oxidation zwar an der Anode, diese sich jetzt aber am Pluspol befindet, und die Reduktion an der Kathode stattfinden, die wir am Minuspol finden.

Durch die äußere Stromquelle werden nun Elektronen vom schwachen Reduktionsmittel auf das schwache Oxidationsmittel übertragen, was dazu führt, dass sich das System wieder in einen geladenen Zustand zurückversetzt und wiederum eine spontane Reaktion impliziert, die Energie liefert.

Dieses Prinzip wir bei Akkumulatoren, wie etwa dem Bleiakkumulator in der Autobatterie eingesetzt, oder auch bei der Galvanisierung, um Metalle vor Korrosion zu schützen (siehe 2.7.2.2). [3]

.....

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Schritt 1:

Schritt 2:


Das gebildete Eisenoxidhydroxid wird als Rost bezeichnet. Abbildung 2 veranschaulicht diesen Prozess noch einmal.


Rost jedoch besteht nicht nur aus Eisenoxidhydroxid, sondern es kommt ebenfalls zur Bildung von hydratisierten Eisen(III)-oxid.

Der Unterschied liegt darin, dass neben der vorhin erwähnten Kathodenreaktion eine weitere vorliegt, wobei die Anodenreaktion dieselbe bleibt:

Anode (- Pol):                             

Kathode (+ Pol):           

oder                           


Die Gesamtreaktion erfolgt nach dem gleichen Schema wie früher:[6]

 

2.5 Korrosionsarten

Es gibt folgende Formen, wie der Korrosionsprozess ablaufen kann:


a.    Flächenkorrosion: Dieser Typ wurde in 2.4 behandelt. Hierbei erfolgt ein ungefähr gleichmäßiger Abtrag der Metalloberfläche.

b.    Muldenkorrosion: Entspricht der Flächenkorrosion, wobei der Abtr.....

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h.    Erosionskorrosion: Hierbei erfolgt eine Abtragung der Metalloberfläche durch einen kontinuierlichen Flüssigkeitsstrom (z.B.: Wasser), was somit zur Abtragung der Oxidschicht führt und  den Rostvorgang fördert. [7][8]


2.6 Einflüsse auf Korrosionsgeschwindigkeit

2.6.1 Experiment 1

Materialien

·         1 Eprouvettenständer,

·         5 Eprouvetten

·         5 Eisennägel

·         2 Stopfen

Chemikalien

·         Kochsalz

·         Spiritus

·         Destilliertes Wasser

Durchführung

Die Eisennägel werden mittel Spiritus gereinigt, um einen möglich vorhandenen Fettfilm zu entfernen. Diese werden mit destilliertem Wasser abgespült, abgetrocknet und in jeweils ein Reagenzglas hineingegeben.

Die gesättigte Salzlösung, die im Folgenden verwendet wird, wird durch Erhitzen des destillierten Wassers in einem Topf und durch Hinzugeben des Kochsalzes bis es sich nicht mehr löst, hergestellt.

Die Eprouvetten werden folgenderweise bearbeitet:

Eprouvette 1: Eisennagel

Eprouvette 2: Eisennagel mit destilliertem Wasser, wobei Reagenzglas vollständig aufgefüllt wird und mit einem Stopfen verschlossen wird (=luftfrei)

Eprouvette 3: Eisennagel mit vorher durchgeschütteltes destilliertes Wasser bis kurz unter d.....

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Die Einflüsse auf die Korrosionsgeschwindigkeit lassen sich somit folgendermaßen zusammenfassen:

Bei Vorhandensein von Sauerstoff und Wasser bildet sich Rost, wenn der

pH-Wert nicht größer als 9 ist. Des Weiteren erfolgt ein verstärkter Korrosionsprozess genau dann, wenn statt Wasser eine Salzlösung verwendet wird. Diesen Effekt kann man im Winter sehr gut beobachten, während auf den Straßen Streusalz verwendet wird, um Gla.....


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