8.5 Korrosion

Supplerende stof

En cykel, der står ude hele vinteren, får brune pletter af rust. Hvert år ødelægger rust broer, biler og rør for milliarder af kroner. Rust er en redoxreaktion, og når man forstår den, kan man også bremse den.

Hvad er korrosion?

Korrosion betyder, at et metal bliver nedbrudt, fordi det reagerer med stoffer i omgivelserne. Metallet bliver oxideret og ender som ioner. Når det er jern, der korroderer, kaldes det at ruste.

De fleste metaller findes i naturen som ioner i malm, og det kræver meget energi at lave dem om til rent metal. Korrosion er metallets vej tilbage til ionerne.

Sådan ruster jern

Rust kræver tre ting: jern, vand og oxygen. Jern ruster ikke i tør luft, og det ruster heller ikke i vand, som er kogt fri for oxygen.

Rust begynder ofte under en vanddråbe. Oxygen fra luften opløses i dråben, men der er ikke lige meget oxygen overalt. Ved dråbens kant er vandet tyndt, så oxygen når let ned til jernet, mens der midt under dråben er langt op til luften og kun lidt oxygen.

Figur 1: Ved dråbens kant er der meget oxygen, og midt under dråben er der kun lidt.

Midt under dråben afgiver jernatomerne elektroner og går ud i vandet som jern(II)ioner. Det er oxidationen:

Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2 e⁻

Figur 2: Midt under dråben bliver jern oxideret. Elektronerne bliver i jernet.

Elektronerne vandrer gennem metallet ud til dråbens kant, hvor der er mest oxygen, og her optager oxygen elektronerne. Det er reduktionen:

O₂(g) + 2 H₂O(l) + 4 e⁻ → 4 OH⁻(aq)

Figur 3: Elektronerne vandrer gennem jernet ud til dråbens kant, hvor oxygen bliver reduceret.

Oxidationen skal ganges med 2, så der afgives 4 elektroner. Den samlede reaktion bliver:

2 Fe(s) + O₂(g) + 2 H₂O(l) → 2 Fe²⁺(aq) + 4 OH⁻(aq)

Bagefter reagerer jern(II)ionerne videre med mere oxygen og bliver til jern(III). Det ender som det rødbrune stof, vi kalder rust. Rust er en blanding af jern(III)forbindelser, som ofte skrives FeO(OH). Rusten dannes der, hvor jern(II)ionerne fra midten møder hydroxidionerne fra kanten, og derfor ligger den i en ring om det sted, hvor jernet bliver tæret.

Figur 4: Rusten ligger i en ring om midten, og midt under dråben er der kommet et hul i jernet.

Rust er porøst og skaller af. Det beskytter derfor ikke jernet nedenunder, og reaktionen kan fortsætte, til alt jernet er væk.

Salt gør det værre

Vandet i dråben skal kunne lede ionerne rundt mellem det sted, hvor jern oxideres, og det sted, hvor oxygen reduceres. Rent vand leder dårligt, mens saltvand indeholder mange ioner og leder godt, og derfor går reaktionen meget hurtigere i saltvand.

Derfor ruster biler mest om vinteren, når der er saltet på vejene, og skibe og havnemoler er særligt udsatte.

To metaller i kontakt

Når to forskellige metaller rører hinanden i fugtige omgivelser, er det altid det mest uædle, der korroderer. Elektronerne løber fra det uædle metal over i det ædle, og det ædle metal bliver beskyttet.

Det kan være et problem. Skrues et jernrør sammen med et kobberrør, tæres jernet hurtigt ved samlingen, fordi jern står til venstre for kobber i spændingsrækken.

Forskellen mellem to metaller kan dog også udnyttes.

Figur 5: En offeranode af zink beskytter jernet.

Sætter man en klods zink på et skibsskrog af jern, er det zinken, der afgiver elektronerne, fordi zink er mere uædelt end jern. Zinken tæres langsomt væk, og jernet ruster ikke. Zinkklodsen kaldes en offeranode, fordi den bliver ofret for at redde jernet, og den skal skiftes, når den er brugt op. Magnesium kan bruges på samme måde.

Sådan beskytter man jern

Metode	Sådan virker den	Bruges på
Maling, olie eller plast	holder vand og oxygen væk fra jernet	biler, cykler og broer
Galvanisering	jernet dækkes af et lag zink, som både lukker af og virker som offeranode	søm, autoværn og lygtepæle
Offeranode	en klods af et mere uædelt metal afgiver elektronerne	skibe, varmtvandsbeholdere og rør i jorden
Rustfrit stål	jernet er blandet med chrom, som danner en tæt, usynlig hinde af oxid	bestik, gryder og køkkenvaske

Aluminium er et meget uædelt metal og burde korrodere hurtigt, men alligevel holder vinduesrammer og dåser af aluminium i mange år. Det skyldes, at der med det samme dannes et tyndt, tæt lag aluminiumoxid på overfladen, som lukker af for luften. Aluminium beskytter altså sig selv.

Redox, der gør nytte

I et batteri sker der også en redoxreaktion mellem et uædelt metal og et stof, der let optager elektroner. Forskellen er, at de to stoffer er holdt adskilt, så elektronerne kun kan komme fra det ene til det andet gennem en ledning. På vejen kan de drive en lommelygte eller en telefon.

Kort sagt

Korrosion er, at et metal bliver oxideret af stoffer i omgivelserne. Hos jern kaldes det rust.
Jern afgiver elektroner og bliver til Fe²⁺, mens oxygen optager elektronerne sammen med vand og bliver til OH⁻.
Rust kræver både vand og oxygen, og salt får det til at gå hurtigere.
Når to metaller rører hinanden, er det det mest uædle, der korroderer.
En offeranode af zink eller magnesium beskytter jern, fordi den afgiver elektronerne i stedet.

Prøv selv: Korrosion: beskyt et skib med offeranoder, og undersøg rust.

Se alle opgaver til emnet “Korrosion” (8.5)