PSE-Explorer Lokalelement aus Zink und Kupfer – Kontaktkorrosion

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Lokalelement aus Zink und Kupfer – Kontaktkorrosion
Information:
Kommt ein edleres Metall mit einem unedlerem über eine Elektrolytlösung in
Kontakt, entsteht ein Lokalelement. Darunter versteht man ein
"kurzgeschlossenes" galvanisches Element, welches zur Korrosion des
unedleren Metalls führt. Mit elektrochemischer Korrosion bezeichnet man
die Zerstörung von Metallen durch äußere Einflüsse über elektrochemische
Reaktionen. Die grundlegenden Vorgänge an einem Lokalelement werden im
folgenden Versuch demonstriert.
Geräte:
Bechergläser (250 mL), Kabel, Voltmeter, Propeller, Polindikator
Chemikalien:
verd. Schwefelsäure, w(HCl) = 20 %, (ätzend, C; H290/314/335)
Zink-Elektrode (Zn),
Kupfer-Elektrode (Cu)
Sicherheit:
Bei Kontakt mit verdünnter Schwefelsäure, Hände unter fließendem Wasser
abspülen.
Durchführung:
Ein Becherglas wird mit verdünnter Schwefelsäure halb gefüllt.
a) Eine Zink-Elektrode wird in die Schwefelsäure getaucht.
b) Eine Kupfer-Elektrode wird in die Schwefelsäure gehalten.
c) Beide Elektroden werden in die Schwefelsäure getaucht, so dass sie sich
berühren.
d) Die beiden Elektroden werden mit einem Kabel miteinander verbunden
und in die Säure gehalten, ohne sich zu berühren. Mit einem
Spannungsmessgerät kann die Spannung gemessen werden. Anstelle der
Stromquelle kann dann ein Propeller (Verbraucher) dazwischengeschaltet
werden.
Entsorgung:
Reste der verdünnten Säure werden neutralisiert und in den Ausguss
gegeben. Die Elektroden werden mit Wasser abgespült.
Beobachtung:
a) schwache Gasentwicklung an der Zinkelektrode
b) keine Gasentwicklung an der Kupferelektrode
c) bei Berührung der Elektroden: Gasentwicklung an der Kupferelektrode
Institut für Didaktik der Chemie, Goethe Universität Frankfurt
Unicampus Riedberg, Max-von-Laue-Str. 7, 60438 Frankfurt am Main
Fon +49-(0)69/798-29456, Fax +49-(0)69/798-29461, chemiedidaktik@uni-frankfurt.de
http://www.chemiedidaktik.uni-frankfurt.de/
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d) Wenn die Elektroden elektrisch leitend verbunden sind (ohne sich zu
berühren) zeigt sich an der Kupferelektrode eine Gasentwicklung. Es fließt
ein elektrischer Strom.
Auswertung:
a) Zink entwickelt mit nichtoxidierend wirkenden Säuren Wasserstoff:
Zn + 2 H3O+
 Zn2+ + 2 H2O + H2
b) Kupfer wird von Mineralsäuren nicht angegriffen.
c) und d) Berühren sich beide Elektroden (direkt oder über elektrisch
leitendes Kabel) wird Zink als unedleres Metall reduziert, während an der
Kupferelektrode Hydronium-Ionen zu Wasserstoff oxidiert werden.
Die Elektronen wandern entweder direkt oder über das Kabel vom unedleren
zum edleren Metall.
Anode (Zinkelektrode):
Zn
Kathode (Kupferelektrode):
2 H3O+ + 2 e
 Zn2+ + 2 e
─
─
 H2 + 2 H2O
Es ist ein Lokalelement entstanden, bei dem eine sog. Kontaktkorrosion
auftritt. Da Hydroniumionen reduziert werden, spricht man von
Säurekorrosion (andernfalls bei Sauerstoff von Sauerstoffkorrosion).
Beispiele für Lokalelemente:
Verbinden von Eisenteilen mit Kupferschrauben; Verletzen der Chromschicht
von Eisenteilen Möglichkeiten des Korrosionsschutzes:



Mechanische Verbindung elektrochemisch ähnlicher
Metalle/Legierungen
Fernhalten des Elektrolyten (falls verschiedene Metalle miteinander
verbunden sind), z.B. durch Lackierung.
Kathodischer Korrosionsschutz: Opferanode (z.B. Magnesium,
welches als Anode zerstört wird); Fremdstrom (das zu schützende
Metall wird mit dem Minuspol einer Gleichspannungsquelle
verbunden, welches dadurch zur Kathode wird).
Quellen:
Häusler, K.; Rampf, H.; Reichelt, R.: Experimente für den Chemieunterricht. München 1991
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