Korrosion

Korrosion ist die schrittweise Zerstörung eines Werkstoffs, meist eines Metalls, durch eine chemische Reaktion mit Stoffen aus seiner Umgebung. Die bekannteste Form ist das Rosten von Eisen, bei dem sich unter Einwirkung von Wasser und Sauerstoff braunes, poröses Eisenoxid bildet. Damit Eisen rostet, müssen Wasser und Sauerstoff gleichzeitig vorhanden sein – fehlt einer der beiden Stoffe, bleibt Eisen blank.

Chemisch betrachtet ist Rosten eine Redoxreaktion. Eisenatome geben an der Metalloberfläche Elektronen ab und werden zu Fe2+-Ionen oxidiert: Fe → Fe2+ + 2 e-. Die freigesetzten Elektronen wandern durch das Metall zu einer anderen Stelle, wo Sauerstoff zusammen mit Wasser reduziert wird: O2 + 2 H2O + 4 e- → 4 OH-. Die entstehenden Eisen- und Hydroxid-Ionen treffen im Wasserfilm aufeinander und fallen als Eisenhydroxid aus, das durch weitere Oxidation schließlich zu Rost, wasserhaltigem Eisenoxid, wird.

Salze in der Umgebung beschleunigen den Vorgang erheblich, weil sie die elektrische Leitfähigkeit des Wasserfilms erhöhen und den Elektronentransport erleichtern. Deshalb rosten Autos in Küstennähe oder auf gestreuten Winterstraßen deutlich schneller als im trockenen Binnenland ohne Salzeinsatz.

Um Korrosion zu verhindern, gibt es zwei grundsätzliche Strategien: Entweder wird die Metalloberfläche durch eine Barriere von Wasser und Sauerstoff ferngehalten, oder ein unedleres Metall wird gezielt geopfert, damit das eigentliche Bauteil geschützt bleibt.

Barriereschutz erreicht man durch Lackieren, Fetten, Ölen oder Verzinken. Beim Verzinken wird zusätzlich ein elektrochemischer Effekt genutzt: Zink ist unedler als Eisen und wird deshalb bevorzugt oxidiert, solange die Zinkschicht vorhanden ist, selbst wenn die Beschichtung an einer Stelle beschädigt ist. Man spricht von einer Opferanode, weil sich das Zink für das Eisen quasi opfert.

Edelstahl ist eine Legierung aus Eisen mit mindestens etwa 10,5 Prozent Chrom. Sobald Sauerstoff auf die Oberfläche trifft, bildet das Chrom eine hauchdünne, aber sehr dichte Chromoxidschicht, die fest auf dem Metall haftet und weiteren Sauerstoff sowie Wasser von der Metalloberfläche fernhält. Wird diese Schutzschicht mechanisch beschädigt, etwa durch einen Kratzer, bildet sie sich durch den Luftsauerstoff sofort neu – man nennt das eine selbstheilende Passivschicht.

Anders als eine Lackierung wirkt diese Schicht also dauerhaft, solange genügend Sauerstoff vorhanden ist. Fehlt Sauerstoff über längere Zeit, etwa in sauerstoffarmem, salzhaltigem Wasser, kann Edelstahl dennoch angegriffen werden, was als Lochfraßkorrosion bekannt ist.

Ein häufiger Fehler ist die Annahme, Wasser allein reiche zum Rosten aus. Tatsächlich braucht Eisen zwingend auch Sauerstoff, um zu oxidieren. Ein Metallgegenstand unter luftdicht verschlossenem, sauerstofffreiem Wasser rostet deshalb nicht.

Ein zweiter Fehler ist es, Rosten als bloßen Verschleiß statt als chemische Reaktion zu beschreiben. Rosten ist eine Redoxreaktion mit klar trennbaren Teilschritten: Eisen wird oxidiert, Sauerstoff wird reduziert. Diese Unterscheidung ist in Klassenarbeiten oft ausdrücklich gefordert.

Ein dritter Fehler betrifft die Opferanode: Manche vermuten, verzinktes Eisen sei geschützt, weil Zink das Wasser fernhält wie eine reine Lackschicht. Tatsächlich schützt Zink auch dann noch, wenn die Schicht beschädigt ist, weil es als unedleres Metall bevorzugt selbst oxidiert wird.