1. Zweck des Experiments
- zu wissen, wie man eine Reaktionsgeschwindigkeit misst.
- zu wissen, was die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflusst.
- um zu wissen, wie man Rost verhindert
2. Chemie von rostendem Eisen.
Rost ist ein allgemeiner Begriff für Eisenoxide, die durch die Reaktion von Eisen mit Sauerstoff gebildet werden. Verschiedene Formen von Rost sind visuell unterscheidbar und bilden sich unter verschiedenen Umständen. Die chemische Zusammensetzung von Rost ist typischerweise hydratisiertes Eisen (III) oxid (Fe2O3.nH2O), und unter nassen Bedingungen kann Eisen (III) -Oxid-Hydroxid (FeO (OH)) enthalten. Rosten ist der gebräuchliche Begriff für Korrosion von Eisen und seinen Legierungen wie Stahl. Obwohl die Oxidation anderer Metalle äquivalent ist, werden diese Oxide nicht allgemein als Rost bezeichnet.
Reines, festes Eisen oxidiert in Wasser:
Fe(s) -> Fe2+(aq) + 2e-
Diese Elektronen reagieren schnell mit den dissoziierten Wasserstoffionen (in H3O + (aq) -Form) und dem gelösten Sauerstoff im Wasser (O2(aq)):
4e- (aq) + 4H3O+ (aq) + O2(aq) -> 6H2O (l)
Je saurer das Wasser ist, desto größer ist daher die Korrosionsrate (da die Konzentration von H3O + (aq) größer ist.) Bei extrem niedrigen pH-Werten reagieren die Wasserstoffionen mit den Elektronen, die stattdessen Wasserstoffgas erzeugen:
2H + (aq) + 2e- (aq) -> H2(g)
Wie aus den obigen Gleichungen hervorgeht, steigt der pH-Wert der Lösung (unabhängig davon, ob es sich um reines Wasser oder elektrolythaltiges Wasser handelt) an. Dies führt zur Bildung von OH-Ionen (in Fällen, in denen der Wasserkörper signifikant groß ist, steigt der pH-Wert nicht so stark an, dies ist jedoch ohne Bedeutung, da OH-Ionen auch in reinem Wasser immer vorhanden sind.) Die Kationen reagieren dann mit den OH- oder sogar den H+ -Ionen und gelöstem Sauerstoff zu einer Vielzahl von Verbindungen, die Rost bilden:
Fe2 + (aq) + 2 H-(aq) -> Fe (OH) 2 (s)
4 FE2 + (aq) + 4 H + (aq) + O2 (aq) -> 4 fe3 + (aq) + 2 H 2 O (l)
Fe3 + (aq) + 3 H-(aq ) – > Fe(OH) 3(s)
Aus den obigen Gleichungen geht hervor, dass der pH-Wert und die Menge an gelöstem Sauerstoff das Ergebnis der Reaktionen beeinflussen können. In Wasser mit begrenztem gelöstem Sauerstoff wird Fe3O4 (s) gebildet, ein schwarzer Feststoff, der allgemein als Lodestone bezeichnet wird:
6Fe2 + (aq) + O2 (aq) + 12OH- (aq) -> 2Fe3O4 (s) + 6H2O (l)
Der poröse Fe (OH) 3-Rost kann langsam in eine kristallisierte Form zerfallen, die der bekannte rotbraune Rost ist:
2Fe(OH)3(s) -> Fe2O3•H2O(s) + 2H2O(l)
3. Rostschutz => Oberflächen
| Name | Foto | Merkmal |
| Gemeinsamer Nagel |  |
Helle gemeinsame Nägel haben kein Finish. Sie können Roststreifen verursachen, wenn sie in Abstellgleisen oder Terrassen verwendet werden. Hydratisierter Rost ist luft- und wasserdurchlässig, so dass das Metall auch nach Bildung einer Oberflächenrostschicht – intern – weiter korrodieren kann. Bei ausreichender Hydratation kann sich die Eisenmasse schließlich vollständig in Rost umwandeln und zerfallen. |
| Galvanisierter Nagel |  |
Eine übliche Methode, Nägel korrosionsbeständig zu machen, besteht darin, sie mit Zink zu beschichten. Heiß-eingetauchte (H.D.) Nägel sind galvanisiert worden, indem man sie im flüssigen Zink eintauchte. Galvanisch verzinkte Nägel sind mit Zink überzogen und nicht so korrosionsbeständig wie feuerverzinkte Nägel. Ein dritter Prozess strahlt Zink auf den Nagel. Durch das Aufrauen der Nageloberfläche erhöhen all diese Behandlungen – insbesondere aber das Heißtauchen – die Haltekraft des Nagels. Diese verlassen sich auf die Zinkoxide, die die einmal zerkratzte Oberfläche schützen, anstatt als Opferanode zu oxidieren. In diesem Bild ist die silberne Farbe Zink. Der Rost von Zink ist weiß. |
| Vinylbeschichteter Nagel |  |
Der Korrosionsschutz kann mit einer Beschichtung erfolgen, um das Metall von der Umgebung wie Luft (Sauerstoff) und Wasser zu isolieren. Farbe, Wachs, Vinyl und Zement sind häufig verwendete Substanzen für die Beschichtung. Vinyl-Beschichtung bietet auch eine größere Haltekraft. In diesem Bild wird die gelbe Farbe durch die Vinylbeschichtung verursacht. Der Zustand der Beschichtung führte jedoch nicht einmal zu ungleichmäßigem Rosten. |
4. Reaktionsgeschwindigkeit
Die Reaktionsgeschwindigkeit ist ein Maß dafür, wie schnell eine chemische Reaktion abläuft. Wir drücken normalerweise die Reaktionsgeschwindigkeit in Bezug darauf aus, wie schnell ein Produkt hergestellt wird oder wie schnell ein Reaktant verbraucht wird. Die Reaktionsgeschwindigkeit einer allgemeinen chemischen Reaktion, aA + bB → pP + qQ, kann definiert werden als:
Zum Rosten ist es aufgrund der Komplexität der Reaktion schwierig, eine Gleichung zu schreiben. Somit können wir die Reaktion wie folgt ausdrücken.
Eisen + Sauerstoff → Eisenoxide (Rost)
4Fe + 3O2 → 2 Fe2O3
Nach dem Gesetz der Erhaltung der Masse ist die erhöhte Masse von Nagel und Rost die Menge an Sauerstoff.
Rostraten = /
= /
= /