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Bauchemische Grundlagen Elektrochemie Chemie der Metalle - TU

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Bauchemische Grundlagen
Elektrochemie
Chemie der Metalle
Thomas A. BIER
Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik, Leipziger Straße 28, 09596 Freiberg,
Bauchemische Grundlagen
Elektrochemie
Bauchemische Grundlagen
Redoxreaktionen
Bauchemische Grundlagen
Oxidation
Bauchemische Grundlagen
Reduktion
Bauchemische Grundlagen
Beispiel Redoxreaktionen
Bauchemische Grundlagen
Redox Reaktionen
Zahlreiche Reaktionen aus dem Themenbereich der Metallurgie sind klassische
Beispiele für technisch bedeutsame Redoxreaktionen in der Industrie. Beim
Hochofenprozess wird Eisen mit Koks reduziert. Als Nebenreaktion unter
anderem das starke Reduktionsmittel Kohlenmonoxid.
Energie liefernde Verbrennung des Kokses.
Erzeugung des gasförmigen Reduktionsmittels Kohlenstoffmonoxid.
Boudouard-Gleichgewicht
Reduktion des Eisenoxids zu elementarem Eisen.
Bauchemische Grundlagen
Beispiel: Redoxreaktion
Bauchemische Grundlagen
Oxidationszahl
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Oxidationsmittel
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Halbreaktion
Bauchemische Grundlagen
Halbzelle
Bauchemische Grundlagen
Standardpotential
Bauchemische Grundlagen
Spannungsreihe
Bauchemische Grundlagen
Spannungsreihe
Bauchemische Grundlagen
Praktische Spannungsreihe
Bauchemische Grundlagen
Galvanische Zelle
Bauchemische Grundlagen
Zellpotential
Bauchemische Grundlagen
Daniell Element
Bauchemische Grundlagen
Korrosion
Bauchemische Grundlagen
Korrosion
Bauchemische Grundlagen
Korrosion
Bauchemische Grundlagen
Korrosion als kurzgeschlossenes
galvanisches Element
Unter dem Begriff der Korrosion versteht man die Reaktion eines Werkstoffes mit seiner Umgebung, welche eine messbare
Veränderung des Werkstoffes (Eigenschaften, Verhalten) bewirkt und zu einer Beeinträchtigung der Funktion (Schaden) eines
Bauteiles oder eines ganzen Systems führen kann. Bei metallischen Werkstoffen ist diese Reaktion in den meisten Fällen
elektrochemischer Natur.
Bauchemische Grundlagen
Gleichmäßige Korrosion
Bauchemische Grundlagen
Fe: Verhüttung und Korrosion
Bauchemische Grundlagen
Eisen Kohlenstoff Diagramm
Bauchemische Grundlagen
Korrosion von Eisen, Mechanismus der
Rostbildung (neutrale Lösung)
Bauchemische Grundlagen
Elektrochemische Sauerstoffkorrosion
Eisen, Sauerstoff (Luft) und Wasser sind die drei für den Rostprozess notwendigen
Komponenten. Fehlt eine dieser Komponenten, findet praktisch keine Korrosion statt.
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Fe: Wasserstoff und Sauerstoffkorrosion
Bauchemische Grundlagen
Fe: Sauerstoffkorrosion
Bauchemische Grundlagen
Fe: Wasserstoffkorrosion
Bauchemische Grundlagen
Beispiele unterschiedlicher Korrosion
Bauchemische Grundlagen
Beispiele unterschiedlicher Korrosion
Lokalelement Fe/Sn: Korrosion von Eisen, das mit metallischem
Zinn in Kontakt steht (Wasserstoffkorrosion).
Bauchemische Grundlagen
Beispiele unterschiedlicher Korrosion
Lokalelement Zn/Fe: Katodischer Schutz von Eisen durch
leitenden Kontakt mit Zink (Wasserstoffkorrosion).
Bauchemische Grundlagen
Beispiele unterschiedlicher Korrosion
Bauchemische Grundlagen
Pourbaix Diagramme
Eine Reaktion findet in die betrachtete Richtung statt
(hier immer von links nach rechts), wenn das Potenzial
kleiner als das Gleichgewichtspotenzial ist, bei einem
höheren Potenzial läuft die Reaktion in die
Gegenrichtung ab. Daraus lassen sich nun im
Pourbaix- Diagramm Bereiche erkennen, in denen
eine gewisse Verbindung stabil ist – hier: Wasser,
das zwischen den beiden Geraden (a) und (b) stabil
ist. Würde eine Situation mit einem Potenzial von 1V
und einem pH-Wert von12 vorliegen, dann würde die
Reaktion (a) „rückwärts“ ablaufen, das heißt, es
würden Protonen und Sauerstoff entstehen. Das hätte
zur Folge, dass sich das System auf die
Gleichgewichtslinie zu bewegt, was ja aus den
Gesetzen der Thermodynamik nicht weiter verwundert.
Bauchemische Grundlagen
Pourbaix Diagramme
Bauchemische Grundlagen
Pourbaix Diagramme
Bauchemische Grundlagen
Pourbaix Diagramme
Pourbaix-Diagramme (auch Potential-pH-Diagramm)
stellen die Bereiche der thermodynamischen Stabilität bei
Metall-Elektrolyt-Systemen graphisch dar und werden
verwendet, um vorauszusagen, ob ein Metall korrodieren
könnte oder nicht. Es wird ein kartesisches
Koordinatensystem verwendet, wobei auf der Abszisse der
pH-Wert steht und auf der Ordinate das Normalpotential
welches mit Hilfe der Nernst-Gleichung ermittelt wurde.
Üblicherweise werden die Diagramme für eine Temperatur
von 25 °C und eine Konzentration von 1 mol/l erstellt.
Man unterscheidet dabei in drei Bereiche, dem
Korrosionsbereich mit einem Anteil gelöster Metallionen >
10−6 mol/l. Dem Passivitätsbereich mit vorrangiger
Bildung von Oxiden und/oder Hydroxiden welche bei
hoher Haftfestigkeit vor weiteren Korrosionen schützen
können. Im Immunitätsbereich ist der Wert gelöster
Metallionen < 10−6 mol/l.
Entwickelt wurden diese Diagramme im Jahre 1938 von
Marcel Pourbaix.
Bauchemische Grundlagen
Pourbaix Diagramme
Bauchemische Grundlagen
Pourbaix Diagramme
Bauchemische Grundlagen
Pourbaix Diagramme
Bauchemische Grundlagen
Pourbaix Diagramme
Bauchemische Grundlagen
Korrosionsschutz
Bauchemische Grundlagen
Kathodischer Korrosionsschutz
a) durch den Einsatz einer Opferanode
b) durch Fremdstrom
Bauchemische Grundlagen
Korrosionsschutz durch Verzinken
Bauchemische Grundlagen
Korrosion als kurzgeschlossenes galvanisches
Element
Unter dem Begriff der Korrosion versteht man die Reaktion eines Werkstoffes mit seiner
Umgebung, welche eine messbare Veränderung des Werkstoffes (Eigenschaften, Verhalten)
bewirkt und zu einer Beeinträchtigung der Funktion (Schaden) eines Bauteiles oder eines
ganzen Systems führen kann. Bei metallischen Werkstoffen ist diese Reaktion in den meisten
Fällen elektrochemischer Natur.
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Daniell Element
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Seele and Geist
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