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Chemie - Projekt Korrosion

Versuche: Verzinken - galvanisches Verzinken und Feuerverzinken

Bericht von Nadine Albert und Jan Christoph Kölln

Fragestellung

Im Chemieunterricht beschäftigen wir uns mit verschiedenen Arten des Korrosionsschutzes. Das vorteilhafteste Verfahren ist das Verzinken, da Zink ein sehr geringes Standardpotential besitz. Anfangs wirkt es als passiver Schutz, jedoch nach einer Beschädigung des Materials wirkt es, im Gegensatz zu anderen Stoffen mit höherem Standardpotential, als aktiver Korrosionsschutz. Aus diesem Grund wollen wir das Verzinken selber durchführen, um uns ein Bild von dem Prozess und seinen Schwierigkeiten zu machen.

Vorbemerkung

Am Anfang haben wir uns mit den Eigenschaften von Zink (Zn) beschäftigt: Zink (Ordnungszahl 30) hat einen Massenanteil an der Erde von 0,01% und besitzt die Atommasse 65,409 u. Bei Raumtemperatur ist Zink fest. Es schmilzt bei 419,5°C und siedet bei 907°C. Im Vergleich zu Zink schmilzt Zinkoxid (das sich während des Versuchs bildet) erst bei einer Temperatur von 1975°C.

Galvanische Verzinkung:

Ein Eisennagel wird in einen Zinkelektrolyten eingetaucht und eine Spannung wird angelegt. Durch den elektrischen Strom bildet sich das Gas H₂, welches sich am Nagel anlagert. Dies verhindert ein gleichmäßiges Beschichten des Zinks. Es werden Whisker (astartig verzweigte, dünne Kristalle des Metalls) gebildet, die nach einiger Zeit auf den Boden sinken.

Kathode: Zn²⁺ + 2e^-→ Zn

Annode: 2 H₂O → 4 H⁺ + O₂ + 4e^-

Gesamt: 2 Zn²⁺ + 2 H₂O → 2 Zn + 4 H⁺ + O₂

An der Kathode setzt sich das Zink ab. Bei zu großer Spannung wird aus dem H⁺an der Kathode wieder H_2, da das Wasser elektrolytisch zerlegt wird. Dies war bei uns der Fall.

Feuerverzinken:

Wir geben Zink in ein Reagenzglas und erhitzen es mit einem Bunsenbrenner. Jedoch entsteht dabei auf dem Zink eine Oxidschicht, die das Schmelzen nicht möglich macht (Schmelzpunkt von Zinkoxid deutlich höher als bei Zink).

2 Zn + O₂ → 2 ZnO

Daraufhin wiederholen wir den Versuch in einer Tonschale und geben Holzkohle als Reduktionsmittel hinzu. Diese soll anstelle von Zink oxidieren. Dadurch ist es möglich das Zink zum Schmelzen zu bringen und wir können den zuvor gereinigten Nagel in die Schmelze tauchen. Trotz der Holzkohle bildet sich eine leichte Oxidschicht, die das Schmelzen nicht beeinträchtigt, sich jedoch negativ auf das Verzinken auswirkt. Am Nagel ist eine klumpenartige Zinkschicht.

Der Kohlenstoff der Holzkohle oxidiert am Anfang und es entsteht Kohlenstoffmonooxid:

2 C + O₂ → 2 CO

Dieses ist gasförmig und kann sich daher viel besser im Reaktionsraum verteilen, so dass ein noch besserer Schutz vor Oxidation des Zinks gegeben ist. Dieses Gas kann nämlich noch weiter zu Kohlenstoffdioxid oxidieren und so eine Sauerstoff arme Atmosphäre erzeugen:

2 CO + O₂ → 2 CO₂

Um eine gleichmäßigere Zinkschicht zu erzeugen, geben wir das Zink und die Holzkohle in einen Tontiegel. Dadurch verringern wir die Oberfläche und haben wieder ein Reduktionsmittel. Hinzu erzeugen wir durch einen zweiten Bunsenbrenner (bei uns Propangas, Erdgas wäre besser geeignet), den wir von oben in den Tiegel halten, eine reduzierende Atmosphäre. Damit wird das Oxidieren des Zinks noch einmal vermindert.

C₃H₈ + 5 O₂→ 3 CO₂+ 4 H₂O

Jetzt ist es uns möglich, da keine Oxidschicht vorhanden ist, den Eisennagel in das flüssige Zink zu tauchen und eine annähernd gleichmäßige Schutzschicht zu erzeugen.

Quellen:

1. Wikipedia, die freie Enzyklopädie

Thema: Zink

URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Zink

Zugriff am 5. Januar 2009

2. Wikipedia, die freie Enzyklopädie

Thema: Zinkoxid

URL: http://de.wikipedia.org/wiki/Zinkoxid

Zugriff am 5. Januar 2009

3. Gifte.de

Thema Zinkoxid

URL: http://www.gifte.de/Chemikalien/zinkoxid.htm