Korrekte Definition von Rost

Wissenschaft Chemie
#1

Hallo,

mal eine fundamentale Frage zum Thema Rost: Immer wieder lese ich, dass Eisen an Luft keine Oxid schicht ausbildet, Aluminium aber schon. Das ist aber meiner Meinung nach unlogisch. Als Beispiel wird oft das Rosten aufgeführt. Aber sind nicht „Rost“ und Oxid 2 paar Stiefel? Bei genauem nachforschen habe ich festgestellt, dass Rost (wie so oft auch in Fachartikeln zu lesen)gar kein Eisenoxid sondern ein Eisenoxidhydrat ist. Sprich Oxid + Wasser. Bei Aluminium besteht auch die Deckschicht aus Oxidhydraten.

Hintergrund ist der: Alle unedlen Metalle bilden an Luft eine Oxidschicht aus. Aluminium, Kupfer, Zink… bis rauf zum Blei (welches sogar edler als Eisen ist). Nur bei Eisen sollte sich (nach diesen Artikeln) keine Oxidschicht bilden. Das ist doch unlogisch, oder?

Deshalb denke ich, dass alle unedlen Metalle an Luft spontan eine Oxidschicht ausbilden. Wenn Wasser dazukommt bilden sich Oxidhydrate die im Falle von Eisen leider voluminöser sind und abplatzen. Habe ich das so richtig verstanden? Aber eine Oxidschicht müssten doch alle unedlen Metalle ausbilden? Ob die jetzt bei Zutritt von Wasser stabil ist oder nicht ist egal aber es müsste eine entstehen.

Grüsse

CineX

#2

Hi,
mal vorab:
Als Korrosion wird die chemische oder elektrochemische Reaktion von Metallen mit der Umgebung verstanden, durch die die Werkstoffeigenschaften beeinträchtigt werden. Demnach sind Reaktionen, die die Wekstoffeigenschaften veredeln, nicht damit gemeint (Eloxal, Passivschichten, Aufkohlen, Nitrieren, Phosphatieren, Brünieren usw.).
Es wird allg. unterschieden zwischen Anlaufschichten (Atmosphäre, Anlauffarben von Stahl, meist isolierende Oxidbedeckung von Al (Boehmit, Eloxal), Cr, Ni usw.), Korrosion (elektrochemische Korrosion, Rost, Rotrost, Schwarzrost, Weißrost (Zn, Al) usw.), Zunder (Hochtemperaturkorrosion, chemische Korrosion).
„Normale“ Korrosion ist mit Feuchte verbunden (daher Hydratisierung).
Liegen dichte schützende Schichten vor, nennt man das Passivierung: bspw. hauchdünne isolierende Oxidbeläge beiminös Al, Cr, Nirostastahl usw.
Der Eisenrost aber ist (im Vergleich zum Substrat) großvoluminös, nicht dicht, da infolge der Ausdehnungs-Spannungen zwischen Substrat und Deckschicht letztere einreißt. daher kann Elektrolyt durch die Risse zum Grundwerkstoff gelangen und weitere Korrosion verursachen. Daher kann unleg. Stahl (außer in best. Medien, z.B. konz. Schwefelsäure: Sulfatdeckschicht) nicht passivieren.
Ob dichter (isolierender) oder rissiger Oxidbelag, hängt vom Pilling Bedworth Verhältnis (Wirt-Gast bzw. Substrat-Depositvolumen Quotient).
Bitte die entspr. Schlagworte selbst ergoogeln.
lg O

#3

Hallo,

so habe ich das auch verstanden. Dann bin ich mit meinem Wissen schonmal nicht ganz auf dem falschen Dampfer :wink: Aber müsste nicht Eisen selbst an Luft auch eine Oxidschicht bilden? Theoretisch müsste doch das an der Oberfläche auch passieren wenn eisen mit Luft in Kontakt kommt, oder nicht?
Andere unedle Metalle machen das ja auch. Auch wenn sie vor Wasser nicht schützt aber eine oberflächliche Schicht müsste doch entstehen.

#4

Hallo,

Dem ist ja auch anfangs so, nur das bei Eisen diese Schicht im Normalfall nicht fest anhaftend ist und so porös ist, das weiterhin Wasser und Sauerstoff diese Schichten zum " gesunden " Metall durchdringen können.

Neben der Massezunahme wird auch das Volumen des Oxides zunehmen und dadurch blättert Rost auch nach und nach ab. Wasser und darin gelöste
Salze und Säuren leiten diesen Vorgang ein, da Eisen bei geringer
Luftfeuchtigkeit ( unter 40 % ) kaum bis garnicht zum Rosten neigt.

Andere Metalle sind allgemein beständiger gegen Salze, Laugen und
Säuren, wohingegen manche Metalle schon beim Kontakt mit Wasser
extrem reagieren und zu brennen beginnen.

Ich habe sie nicht mehr alle im Kopf, aber Lithium war eines von ihnen.

Woran ich mich noch vage erinnern kann, dass diese 3 Metalle im Periodensysystem unter den Metallen ganz oben standen und damit das
höchste Bestreben haben, sich mit Sauerstoff zu verbinden.

Eisen ist auch zimlich weit oben angeordnet und damit wird es als
unedles Metall bezeichnet.

Unten standen als " Edle " Elemente die unreaktivsten.

( Edelgase und Edelmetalle )

Wenn ich mich nicht Irre, dann hatten diese Elemente 9 Elektronenhüllen.

mfg

nutzlos

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#5

Hallo,

dann stimmt das schon, dass alle unedlen Metalle mit Sauerstoff reagieren.

Habe auch eben folgendes im Holleman-Wiberg gefunden:

An trockener Luft und in luft- und kohlendioxidfreiem Wasser sowie auch in Laugen verändert sich kompaktes Eisen nicht. Diese Beständigkeit rührt wie im Falle etwa des Aluminiums oder Chroms von der Anwesenheit einer zusammenhängenden Oxid-Schutzhaut her. (…) An feuchter, kohlendioxidhaltiger Luft oder in kohlendioxid- und lufthaltigem Wasser wird Eisen unter Bildung von Eisen(III)-oxid-Hydrat FeO(OH) angegriffen, indem sich zunächst Eisencarbonate bilden, die dann der Hydrolyse unterliegen.

#6

Hi,
unedle Metalle (unterhalb H, elektrochem. Spannungsreihe) reagieren bereits mit H (Wasserstoffkorrosion bzw. Säurekorrosion),
oberhalb H nur mit O (Sauerstoffkorrosion, keine H-Korrosion).
Somit unterliegt Fe (unedler als H)sowohl der H- als auch der O-Korrosion, Cu (oberhalb H) hingegen nur der O-Korrosion.
Wie und ob was korrodiert, beschreibt das Pourbaix Diagramm (Potential - pH Diagramm). Korrosion ist stets ein Redox Vorgang.
Redox: Behinderung´/ Beeinflussung u. a. durch: Passivität, Überspannung, Polarisation.
Anbei einige Links
lg O

http://www.sfg.at/termine/docs/1096_Vortrag_Mori.pdf

http://www.old.uni-bayreuth.de/departments/ddchemie/…

http://homepages.fh-regensburg.de/~heh39273/aufsaetz…

http://www.korrosion-online.de/

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#7

Guten Tag.

Rost (=Eisenhydroxid, Fe(OH)3) bildet sich in Anwesenheit von Sauerstoff und Wasser und haftet in der Tat nicht an Eisen. Eisen, das trockener Luft ausgesetzt ist, rostet nicht, sondern oxidiert.

GEK

#8

Hallo,

vielen Dank, dann habe ich das schon richtig verstanden, dass auch Eisen an völlig trockener Luft oxidieren kann. Rost entsteht dann wenn Wasser hinzu kommt.

Vielen Dank.

#9

Danke, die Artikel sind sehr interessant!

#10

Hi,
Oxidation ist (nicht nur die Aufnahme von Sauerstoff, sondern allgemein) die Abgabe von Elektronen (Elektronendonation), dazu muß bei der Reduktion der Partner Elektronen aufnehmen (Elektronenakzeptor).
Sowas geht nur gemeinsam, daher spricht man vom Redox-Vorgang.

Bei extrem trockener Luft (bspw. im Exsiccator, mit Blaugel/ Kieselgel) oxidiert Eisen bei RT NICHT.

Die notwendige Reaktionsbarriere wird erst bei höheren Temperaturen erreicht und/ oder bei pyrophorem Fe-Wolle/ -Pulver (große Oberfläche, geringes Volumen).
Beim Passungsrost (Tribooxidation, Reibrost, Bluten) bewirken Mikrospitzentemperaturen an den Mikrorauheiten der Oberflächen eine direkte (chemische) Oxidation.
Rost: kommt etymologisch von Farbe ROT (Farbe des Eisenoxids).
lg O

#11

Hallo,

anscheinend ist dass dann doch komplizierter als ich dachte
.
Dann müssten folgende Aussagen falsch sein:

Zitat aus dem Holleman-Wiberg:

An trockener Luft und in luft- und kohlendioxidfreiem Wasser sowie auch in Laugen verändert sich kompaktes Eisen nicht. Diese Beständigkeit rührt wie im Falle etwa des Aluminiums oder Chroms von der Anwesenheit einer zusammenhängenden Oxid-Schutzhaut her. (…) An feuchter, kohlendioxidhaltiger Luft oder in kohlendioxid- und lufthaltigem Wasser wird Eisen unter Bildung von Eisen(III)-oxid-Hydrat FeO(OH) angegriffen, indem sich zunächst Eisencarbonate bilden, die dann der Hydrolyse unterliegen.

Zitat von http://www.wissenschaft-online.de/artikel/615298

An trockener Luft und im Sauerstoff- und kohlendioxidfreien Wasser verändert sich E. infolge der Existenz einer zusammenhängenden Oxidschicht nicht.

Zitat von http://www.seilnacht.com/Lexikon/26Eisen.htm

Aufgrund seines niedrigen Normalpotentials ist Eisen ein eher unedles Metall, d.h. es ist gut oxidierbar. An trockener Luft ist es beständig, da sich eine Oxidschicht bildet, die das darunter liegende Eisen schützt. An feuchter Luft und vor allem in Sauerstoff- und CO2-haltigem Wasser oxidiert es leicht unter Bildung von Rost (Eisen(III)-oxid, Fe2O3 . H2O).

Grüsse

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#12

Hi,
will mich nicht mit diesen Koryphäen anlegen! Daher nur kurz meine Sichtweise (Praktiker):
Klar werden einige Moleküle Sauerstoff (Dipolmolekül) durch freie Bindungskräfte des Fe ( Freiheitsgrad nach oben) physio- oder meinetswegen auch chemisorptiv gebunden (im klitzekleinen Angströmbereich), weiß ich jetzt aber nicht so genau.
Das ist aber rein akademisch, keine Oxidation i. e. Sinn (so wie Rost und Zunder).
Denn die Oxidation geht zwar an trockener Luft nicht weiter, aber Fe rostet sofort, wenn Luftfeuchte hinzu kommt.
Das unterscheidet Fe von passivierenden Metallen wie Cr, Al (mit schützende Oxidhaut) usw…
Könnte man genauso anders interpretieren, daß nur endliche Bindungskräfte an der Oberfläche (Fe-Gitter:
jedes Gitteratom hat im Metallgitter eine Bindung zum Nachbaratom. Die obere Fe-Atomlage hat nach oben keinen Nachbarn und daher ein „Händchen“ frei) für O frei sind (vergleichbar mit freien Parkplätzen).
Sind diese „Parkplätze“ besetzt (mit O-Pkw), dann ist Schluß.
Ob Bindung jetzt, wie schon gesagt, physiosorptiv (Dipolkräfte, van der Waals, London) oder chem. Bindung (Elektronenaustausch), weiß ich nicht.
Wahrscheinlich letzteres, den Koryphäen nach zu urteilen.
Aber: polierte Oberflächen bleiben im Exsiccator glänzend, keine „Mattfärbung“, kein Anlaufen.
Also auch: keine Oxidation (im eigentl. Sinn).
Und das meinte ich.
lg O

#13

Hallo,

achso, du willst mir damit quasi sagen, dass diese Oxidschichten dermaßen dünn sind, dass sie in der Praxis als nicht existent angesehen werden und eher für Theoretiker von Bedeutung sind, richtig?

#14

Hi,
Ja!
Bei Fe in trockener Luft.
Aber wie gesagt, bin nur interessierter Praktiker, kein Theoretiker.
Will (und kann) mich fachlich nicht mit den von Dir angegebenen Koryphäen messen.
Jedoch ist klar, wie schon von mir beschrieben, daß freie Oberflächen (bspw. frische Bruchflächen usw.) reaktiv sind. Ein Metallatom (als Beispiel ein kubisch primitives Gitter) hat jeweils eine Bindung zu den Nachbaratomen:
je 1 Bindung (6):
links, rechts - vorne, hinten - oben, unten.
Ein oben befindliches Atom hat demnach eine freie Bindung (Hand) nach oben.
Sauerstoff ist bekanntlich reaktiv.
Daher wird (vermutlich) chemisorptiv (Elektronenaustausch)ein O Atom (Ion) angelagert.
Aber das hat m.M.n. nichts mit Oxidation i.e. Sinn zu tun.
Und auch wenig mit Passivirungsschicht wie bei Al, Cr.
Also eher was Akademisches.
lg O

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#15

Hallo,

danke dir :wink: Dann gibts wieder ein Sternchen :wink:

#16

Hi
THX 4 *
Aber warum willst Du denn das alles wissen?
Schule, Studium, Beruf, allg. Interesse?
Ist ja schon etwas tiefschürfend.
Falls Dir die Fragen nicht zu persönlich sind?
lg O

#17

Hy,

ehrlich gesagt persöhnlich. Muss mich zwar beruflich schon mit dem Thema Korrosion auseinandersetzen, möchte jedoch einfach auch mal ein bisschen mehr über die Mechanismen wissen und wie das abläuft. Einfach wissen warum das so ist :wink:Also reine Neugier :wink:

Grüsse

#18

Hi,
dann ein allgemeiner Tipp von mir:

www.metallograf.de

lg O

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#19

Hi
und noch 2 Tipps.
Danke für*
Weitere **** werden gerne akzeptiert.
lg O

www.corrosion-doctors.org

korrosion-online.de/forum/phpBB2/index.php?sid=527795a564f97e2fc6ddbc33fc74f638

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#20

Hallo,

danke dir für die intressanten Links. Klar, dafür gibts wieder Sternchen :wink: