Korrosion

Die Korrosion von Metall, kommt in erster Linie durch “Galvanische Korrosion”. So wird Korrosion bezeichnet, die durch den Potentialunterschied in Metallen zustande kommt. Dieser Unterschied entsteht durch Mischen von Metallen. Da jedes Metall ein anderes Potential (die Fähigkeit hat Elektronen abzugeben) hat, kommt es zu einem Unterschied oder Potentialgefälle, innnerhalb des Metallkörpers. Es bilden sich zwei “Pole”, ein Pol an dem das Metall ein niedriges Potential hat, dieser Pol wird Anode genannt, und ein Pol an dem das Potential höher liegt, die Kathode. Betrachtet man die beiden Pole und die Reaktionen, die zwischen den Polen stattfinden als ein geschlossenes System, so spricht man von einer Korrosionszelle.

Im Folgenden, werden einige typische Reaktionen gezeigt, die in der Natur und in Leitungssystemen auftreten.

Typische Anodenreaktionen (an der Anode findet die Oxidation des Metalls, mit dem niedrigeren Potential statt):

z.B. Eisen: Fe^±0 ® Fe ²⁺+ 2e^- 

andere Metalle zeigen vergleichbare Reaktionen.

Typische Kathodenreaktionen (an der Kathode findet eine Reduktion statt. Reduziert werden in der Regel Stoffe, die mit der Kathode in Berührung kommen, nicht die Kathode selber)

Die wichtigsten Reaktionen sind folgende (alle Reaktionen mit Beteiligung von Wasser):

Wasserstoffionenreduktion (in sauren Lösungen)

• 2H₃O⁺ + 2e^- ® H₂­+ 2H₂O

Reduktion von Wasser (tritt in natürlichen Gewässern auf)

• 2H₂O + 2e^- ® H₂­ + 2OH^-

Sauerstoffreduktion (in belüfteten sauren Lösungen)

• O₂ + 4H⁺ + 4e^- ® 2H₂O

Sauerstoffreduktion des Wassers (in belüfteten, natürlichen Gewässern)

• O₂ + 2H₂O + 4e^-® 4OH^-

Folgende Reaktionen sind ebenfalls grundlegend, aber ohne Wasser:

Eisen (III) Ionenreduktion (unter sauren, turbulenten Bedingungen z.B. Säurereinigung)

• Fe³⁺ + e^-® Fe²⁺ 

Sulfationenreduktion (in Gegenwart von Sulfatreduzierenden Bakterien)

• 4H₂ + SO₄^2- ® S^2- + 4H₂O

Metallionenreduktion (Metallabscheidung bei edleren Metallen in Lösung)

• M^1N + Ne^- ® M^±0

Beim Rosten von Eisen in Wasser treten mehrere Reaktionen auf, bis der Oxidationsprozess sichtbar auf der Metalloberfläche zu erkennen ist.

Die “Reaktionskette” beginnt, wie in der ersten Formel dargestellt, durch in Lösung gehende Metallionen:

• Fe^±0 ® Fe²⁺+ 2e^-

Die Eisenionen gehen Verbindungen mit den aus der Kathodenreaktion gebildeten Hydroxylionen ein:

• Fe²⁺ + 2OH^- ® Fe(OH)₂¯

Das Eisen(II)hydroxid fällt als weisser Niederschlag aus und reagiert unter Oxidation des Eisens, weiter zu Eisen(III)hydroxyd:

• 4 Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O ® 4 Fe(OH)₃¯

Der Rost an der Oberfläche von eisenhaltigem Metall, besteht aus Eisen(III)oxid und hydratisiertem Eisen(III)oxid, und entseht durch Wasserabspaltung des Eisen(III)hydroxids.

Rost:   2 Fe(OH)₃ ® Fe₂O₃¯ + 3H₂O (roter Rost- Eisen(III)Oxid

Fe(OH)₃ ® FeOOH¯ + H₂O (Eisen(III)Hydroxid)

Zwischen Anode und Kathode, findet ein Austausch der Ionen statt, der zu weiteren, hier nicht erwähnten, Reaktionen führen kann. Das hängt davon ab welche Ionen sich, neben den gebildeten Ionen, im Wasser befinden. Auch Schwebstoffe können in die Korrosionsschicht eingebaut werden, wenn sie bei der Bildungsreaktion anwesend sind.

Die Korrosionsschicht kann unterschiedlich beschaffen sein. Eine feste Korrosionsschicht ist ein guter Schutz gegen weitere Korrosion an dieser Stelle, da sie verhindert, dass weitere Metallionen die Grenzschicht zwischen Metall und Wasser erreichen. Ist die Korrosionsoberfläche porös, so können die Metallionen weiter zwischen der Metalloberfläche und der Grenzschicht wandern und führen so zu weiterer Korrosion an dieser Stelle.

Starke Korrosion tritt normalerweise bei Inbetriebnahme einer unbenutzten Anlage auf, da sich zu diesem Zeitpunkt noch keine schützende Korrosionsschicht auf der Metalloberfläche befindet. Erst später, wenn sich eine Schicht Rost gebildet hat, nimmt die weitere Bildung in der Regel ab. 

Allerdings sind pauschale Aussagen mit Vorsicht zu treffen, da die Korrosion von sehr vielen Einflüssen abhängt und so jeder Fall gesondert betrachtet werden sollte.