Sauerstoffkorrosion

Definition und Bedeutung

Sauerstoffkorrosion ist ein Korrosionsvorgang, bei dem ein Metall in Gegenwart von Wasser oder Luftfeuchtigkeit durch Sauerstoff oxidiert wird. Es handelt sich um eine Redoxreaktion: Sauerstoff wirkt als Oxidationsmittel und nimmt Elektronen auf, während das Metall Elektronen abgibt. Anders als bei einer Verbrennung läuft der Vorgang unter Beteiligung von Wasser oder einer Elektrolytlösung ohne Erwärmung und ohne Flammen ab.

Voraussetzungen

Sauerstoffkorrosion findet vor allem in neutralen und alkalischen Lösungen statt. Erforderlich sind:

eine neutrale oder alkalische Elektrolytlösung mit gelöstem Sauerstoff, beispielsweise Wasser an der Luft;
ein Metall-Redoxpaar, dessen Standardpotenzial geringer ist als das des Redoxpaares O₂/OH⁻ mit E = 0,4 V.

Eine Elektrolytlösung ist eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit, die gelöste Ionen enthält.

Reaktionsablauf

Die gelösten Sauerstoffmoleküle reagieren mit Wasser unter Aufnahme von Elektronen zu Hydroxid-Ionen (OH⁻). Diese können anschließend mit dem Metall Oxide und Hydroxide bilden. Wie jede Redoxreaktion lässt sich die Sauerstoffkorrosion in zwei Teilschritte gliedern:

Reduktion, also Elektronenaufnahme durch Sauerstoff: O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ → 4 OH⁻
Oxidation, also Elektronenabgabe durch das Metall: Das Metall gibt x Elektronen ab und wird zum Metall-x-Kation. Dabei entspricht x der chemischen Wertigkeit beziehungsweise der Ionenladung oder Oxidationszahl des Metalls.

Für ein einwertiges Metall Me lautet die Gesamtreaktion: 4 Me + O₂ + 2 H₂O → 4 Me⁺ + 4 OH⁻

Galvanisches Element

Während der Korrosion kann sich ein kurzgeschlossenes galvanisches Element bilden. Es besteht aus zwei Metallen oder Metallbereichen, sogenannten Lokalelementen, die unterschiedliche Elektrodenpotenziale besitzen. Ein Bereich bildet die Anode, an der die Oxidation stattfindet; der andere bildet die Kathode, an der die Reduktion abläuft. Beide stehen mit einer Elektrolytlösung in Kontakt.

Typische Beispiele

Typische Beispiele sind die Rostbildung an Eisenwerkstoffen und die Bildung einer Patina auf Kupfer. Die Kupferpatina gehört zugleich zur Säurekorrosion und zur Sauerstoffkorrosion, weil an ihrer Bildung neben Sauerstoff auch Kohlenstoffdioxid und Wasser beziehungsweise Kohlensäure beteiligt sind.