Redoxreaktion Teil 4 - Die Korrosion I musstewissen Chemie
musstewissen Chemie
https://www.youtube.com/watch?v=ld83QYrMDrI

Transkript (automatisch erstellt)

0:00 Die Freiheitsstatue, jeder kennt sie und ihre charakteristische grüne Farbe. Tja, was, wenn ich euch sage, dass die Freiheitsstatue ursprünglich gar nicht grün war?
0:14 Wo Metalle sind, sind Redoxreaktionen nicht weit. Einige haben wir in unseren letzten Videos schon kennengelernt. Heute schauen wir uns einen Redoxvorgang etwas genauer an,
0:25 nämlich die Korrosion. Was ist Korrosion? Wir kennen Korrosion aus dem Alltag. Viele Materialen verändern sich mit der Zeit, weil sie mit der Luft,
0:35 mit Wasser, zum Beispiel mit Luftfeuchtigkeit oder mit Regen, mit Säuren oder Laugen oder auch mit aggressiven Gasen reagieren. Eine der bekanntesten Korrosionsreaktionen haben wir hier
0:46 bei "musstewissen" schon behandelt, nämlich das Rosten von Metall. Anderes Beispiel: Eimer, die aus Zink bestehen, werden nach einiger Zeit matt.
0:54 Gläser verlieren nach einiger Zeit ihren Glanz. Die Freiheitsstatue wurde irgendwann von braun zu grün. Was genau passiert mit diesen Materialien?
1:04 Schauen wir uns heute mal die Korrosion von Metallen genauer an. Hier liegen Redoxreaktionen zugrunde, deswegen nennet man diese Korrosion auch "elektrochemische Korrosion".
1:15 In unserem letzten Video zur Redoxreihe der Metalle haben wir gelernt, dass unedle Metalle wie Zink oder Eisen dazu neigen, Elektronen abzugeben.
1:25 Sie werden also leicht oxidiert. Sie brauchen dazu nur ein Oxidationsmittel. Also einen Reaktionspartner, der die Elektronen,
1:32 die sie loswerden wollen, dankend annimmt. Lust auf paar Elektronen? - Gern, danke. Zwei solcher Oxidationsmittel kommen im Alltag häufig vor,
1:42 nämlich erstens Säuren und zweitens Sauerstoff. Fangen wir mal mit der Korrosion durch Säuren an. Wo Säuren überall im Alltag vorkommen,
1:50 haben wir in diesem Video schon mal behandelt. Wenn Säure jetzt zum Beispiel auf ein unedles Metall wie Zink trifft, dann wirken die H+ Ionen,
1:59 also die Säureprotonen, als Oxidationsmittel. Sie selbst werden zu Wasserstoff reduziert. Für die Oxidation gilt: Festes Zink wird zu Zink 2+
2:11 und gibt zwei Elektronen frei. Wenn Zink zu einem Kation wird, heißt es, dass sich das Zink in Wasser auflöst.
2:18 Für die Reduktion gilt: Die H+ Ionen aus der Säure schnappen sich die zwei Elektronen und werden zu Wasserstoffgas.
2:26 So viel zur Säure. Die Sauerstoffkorrosion haben wir beim Rosten bereits behandelt. An feuchter Luft bildet sich an Eisen mit der Zeit Rost.
2:35 Ich will den Prozess genauer aufdröseln, hier passieren mehrere Sachen: Eisen gibt als unedles Metall seine Elektronen gerne ab und wird zu Eisen 2+ oxidiert.
2:45 Entscheidend beim Rosten sind außerdem Sauerstoff-Moleküle, die in Wasser gelöst sind. Der Sauerstoff, als klassisches Oxidationsmittel,
2:54 oxidiert das Eisen und wird dabei selbst in dieser Reaktion zu Hydroxid-Ionen reduziert. So sieht die Gesamtreaktion aus:
3:02 Bevor der eigentliche Rost entsteht, bilden die entstehenden Hydroxid-Ionen mit den entstehenden Eisen 2+ Kationen Eisenhydroxid. Das ist kein lösliches Salz, sondern ein "schwer löslicher Stoff",
3:16 der sich als Feststoff auf dem Eisen ablagert. Dieses Eisenhydroxid reagiert nun mit Sauerstoff aus der Luft weiter und bildet dabei den altbekannten Rost, das rötliche Eisenoxidhydroxid.
3:30 Auch das ist eine Redoxreaktion. Sauerstoff ist, wie immer, Oxidationsmittel. Das Eisen 2+ gibt hier wieder ein Elektron ab
3:38 und wird zu einem dreifach positiv geladenen Eisen-Ion. Ihr seht am Beispiel Rost: Manche Stoffe haben mehrere Oxidationsstufen.
3:48 Eisen kann zunächst zu Eisen 2+ und dann noch weiter zu Eisen 3+ oxidiert werden. Interessant zu wissen, wie Korrosion entsteht,
3:56 aber wirklich interessant für den Alltag ist doch, wie wir Korrosionen vermeiden können. In der Regel sind Korrosionen unerwünscht,
4:04 es sei denn, es kommt dabei eine hübsche grüne Farbe raus wie bei der Freiheitsstatue. Dazu kommen wir jetzt.
4:10 Es gibt drei Arten von Korrosionsschutz. Erstens, Metalle können sich selbst schützen, das ist im Prinzip bei der Freiheitsstatue passiert.
4:19 Bei Kupfer oder Bronzestatuen bilden sich mit der Zeit eine grüne Schicht aus Kupfersalzen. Kupfersalze haben eine nette Farbe -
4:27 ihr erinnert euch vielleicht an unser letztes Video. Die grüne Schicht der Freiheitsstatue nennt man Patina. Die Patina schützt die restliche Statue vor Wasser,
4:36 Sauerstoff, Säuren, also vor Korrosion. Die Patina bei der Freiheitsstatue besteht aus verschiedenen Salzen. Bei anderen Metallen kann man
4:44 die Schutzschicht ziemlich genau beschreiben. Bei Aluminium oder Zink bildet sich durch die erste Reaktion mit Sauerstoff eine Oxidschicht: also Aluminiumoxid beziehungsweise Zinkoxid.
4:56 Im Gegensatz zum rostenden Eisen sind Aluminium und Zink an der Luft beständig. Und das, wohlgemerkt, obwohl Alu und Zink unedler sind als Eisen.
5:06 Zwar werden Aluminium und Zink schneller und leichter oxidiert, aber die entstehende Oxidschicht ist so stabil, dass sie wie ein Schutzschild wirkt.
5:15 Dieses Phänomen, genau wie bei der Freiheitsstatue, nennen wir allgemein "Passivierung". Die Schutzschicht macht das Material "passiv",
5:24 also "inaktiv" für weitere chemische Reaktionen. Wie schützt man Metalle vor Korrosion, die keine Passivierung, also keinen Eigenschutz ausbilden?
5:33 Man kann Metalle mit etwas Nichtmetallischem beschichten. Bestes Beispiel ist die Lackierung bei Autos. Vielleicht habt ihr ein älteres Auto gesehen,
5:42 wo der Lack an der ein oder anderen Stelle ab ist. An diesen Stellen kann man ganz gut sehen, wie die Chemie der Korrosion ihren Lauf nimmt.
5:49 Man kann Metalle auch mit anderen Metallen beschichten, um sie zu schützen. Klingt unlogisch, ist aber ganz clever.
5:56 Wir haben gerade über Aluminium und Zink gesprochen und ihre Fähigkeit, sich durch Passivierung vor Korrosion zu schützen. Auch Metalle wie Chrom oder Zinn haben diese Eigenschaft.
6:07 Genau diese Metalle nimmt man, um zum Beispiel Eisen zu schützen. Man kann Metalle schützen, indem man sie mit einem unedleren Metall überzieht,
6:17 das dann recht schnell an der Luft reagiert, aber zu einer stabilen Oxidschicht, welche dann als Schutz wirkt. Deswegen werden zum Beispiel
6:25 Regenrinnen aus Eisen mit Zink beschichtet. Man kann aber auch das Gegenteil machen. Man kann Metalle mit einer Schicht eines edleren Metalls überziehen,
6:34 zum Beispiel mit Kupfer. Denn Kupfer ist als edleres Metall weniger korrosionsanfällig. Wir erinnern uns an die Redoxreihe der Metalle.
6:43 Je edler ein Metall ist, desto kleiner ist seine Neigung zur Oxidation. Statt Eisen mit einem "schwächeren", unedleren Partner zu überziehen, der schnell zu Oxid reagiert,
6:53 kann man stattdessen einen "stärkeren", edleren und damit stabileren Partner nehmen, der nach Möglichkeit gar nicht reagiert. Fassen wir die Chemie der Korrosion noch mal zusammen.
7:03 Korrosion beschreibt die Zerstörung von Stoffen durch Reaktion mit Wasser, Luftsauerstoff, sauren oder alkalischen Lösungen
7:11 oder auch aggressiven Gasen, wie etwa Chlor. Bei Metallen unterscheidet man zwischen Säurekorrosion und Sauerstoffkorrosion. Um Metalle vor Korrosion zu schützen, gibt es zwei verschiedene Lösungen.
7:23 Entweder überzieht man das Metall mit einem unedleren Metall, welches eine passivierende Oxidschicht bildet. Oder man überzieht das Metall mit einem edleren Metall,
7:34 welches beständiger ist. Ihr seht: Redoxreaktionen sind Teil unseres Alltags und es lohnt sich, darüber Bescheid zu wissen.
7:41 Wenn euch das Video dabei geholfen hat, lasst einen Daumen nach oben da und sehr gerne ein Abo. Bis bald. Untertitel im Auftrag des ZDF für funk, 2017