Elektrochemische Korrosion

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Die Ausgangssituation

In einer Stadt direkt an der Nordsee soll ein modernes Einkaufszentrum gebaut werden. Die beauftragte Baufirma hat eine lokale Gerüstbau-Fachfirma mit dem Aufbau des Stahlgerüsts beauftragt – eine der wichtigsten Komponenten für Sicherheit und Stabilität während der Bauphase.

Bei der ersten Besprechung zwischen Bauleitung und dem erfahrenen Gerüstbau-Betrieb offenbaren sich rasch die besonderen Anforderungen dieses Standorts. Denn die Küstenumgebung stellt nicht nur höhere statische Anforderungen, bspw. durch eine höhere Windlast, sondern bringt durch die salzhaltige Luft ein weiteres Problem mit sich: Rost.

Um jegliche Komplikationen im Vorfeld auszuschließen, hat sich die Bauleitung folgende Fragen überlegt:

Was passiert chemisch, wenn Stahl rostet?
Welche Besonderheiten der Nordsee-Umgebung beschleunigen die Korrosion?
Wie lässt sich Korrosion verhindern?
Was ist wirtschaftlicher sinnvoller: regelmäßige Wartung oder vorausschauender Korrosionsschutz?

Block 1: Grundlagen der Sauerstoffkorrosion

Experimentieranleitung: Korrosion von Eisenwolle (Sauerstoffkorrosion)

Materialien: Uhrglas, Eisenwolle

Chemikalien: Eisenwolle, demineralisiertes Wasser

Durchführung:

Die Eisenwolle wird auf ein Uhrglas gelegt und mit 5–10 Tropfen demineralisierten Wassers beträufelt. Die Beobachtung wird sofort, nach 30 Minuten und am nächsten Tag protokolliert.

Beobachtung:

Die Eisenwolle wirkt nass.
Nach ca. 30 Minuten: Leichte rostbraune Stellen sind sichtbar.
Nach einem Tag: Starke rostbraune Verfärbungen sind vorhanden.Experiment: Korrosion von Eisenwolle (Sauerstoffkorrosion)

Block 2: Unterschied zwischen Sauerstoffkorrosion und Säurekorrosion

Experimentieranleitung: Oxidation von Kupfer – Blaue und grüne Kristalle

Materialien: 2 Petrischalen, Lupe, Becherglas (250 mL)

Chemikalien: Ammoniumsulfat ((NH4)₂SO₄), 2 Kupferbleche, demineralisiertes Wasser

Durchführung: Es wird eine 10%ige Ammoniumsulfat-Lösung benötigt. Dafür wird auf 100 mL Wasser 10 g Ammoniumsulfat gelöst. Anschließend wird etwa eine Daumenbreite der Lösung in die beiden Petrischalen überführt. Das eine Kupferblech wird vollständig in die Lösung getaucht. Das zweite Kupferblech wird nur zum Teil in die Lösung getaucht, sodass der andere Teil mit der Luft in Berührung steht. Die Beobachtung wird umgehend sowie am folgenden Tag notiert.

Beobachtung: Bei dem Kupferblech ohne Berührung mit der Luft: Keine blauen Kristalle festgestellt.

Bei dem Kupferblech mit Luftkontakt: Nach einiger Zeit bilden sich blaue Schlieren. Nach einem Tag haben sich blau/grüne Kristalle an der Berührungsstelle von Luft und Lösung gebildet.

Block 3: Bildung von Lokalelementen

Experimentieranleitung: Lokalelement – Galvanische Korrosion

Materialien: Pappkarton, Pipette, Pipettenhütchen

Chemikalien: Aluminiumfolie (10 × 10 cm), Kupferrohr, verdünnte Natronlauge

Durchführung: Auf zwei Pappkartons werden jeweils Aluminiumfolien ausgelegt. Anschließend werden sie mit Hilfe einer Pipette mit verdünnter Natronlauge benetzt. Auf eines der beiden Aluminiumfolien wird ein Kupferrohr gestellt. Das Kupferrohr wird nach etwa 20 Minuten entfernt.

Beobachtung:

Bei Kontakt der beiden Metalle: Gasblasen steigen auf.

Das Aluminium: Fängt an sich aufzulösen und es bildet sich ein weißer Niederschlag.

Die Stellen des Kupferblechs, welche mit der Lösung in Kontakt standen: Sind stark glänzend (gereinigt).

Die zweite Aluminiumfolie ohne Kupferrohr: Zeigt keine Reaktion.

Block 4: Anwendung im Lernfeld Gerüstbauer-Handwerk

Erinnern Sie sich an das Ausgangsszenario: Die Bauleitung des Einkaufszentrums an der Nordsee wird von dem beteiligten Gerüstbauerbetrieb auf eine kritische Herausforderung hingewiesen. Das massive Stahlgerüst soll während der gesamten Bauphase Sicherheit und Stabilität gewährleisten – doch die salzhaltige Küstenluft bedroht seine Integrität. Mit den Mechanismen der Sauerstoffkorrosion, Säurekorrosion und des Lokalelements wissen wir jetzt genau, warum das Gerüst unter diesen Bedingungen so schnell rostet. Erste Rostflecken könnten unter diesen Standortbedingungen ohne Schutzmaßnahmen bereits nach wenigen Wochen entstehen und damit nicht nur die Sicherheit gefährden, sondern auch erhebliche Sanierungs- oder Austauschkosten verursachen.

Doch es gibt Lösungen. Wenn man die Korrosionsmechanismen versteht, kann gezielt eingegriffen und die Korrosion unterbrochen werden. Die folgenden Aufgaben zum Korrosionsschutz zeigen, wie Korrosionsschutz aussehen kann.