Reaktionsformler
Vid katoden
Katoden är den elektrod som är ansluten till den negativa polen på batteriladdaren. I detta fall är katoden föremålet som ska avrostas.
Järn(III)jonerna i rosten kan reduceras till järn genom att lägga på en tillräckligt negativ spänning. Reaktionen sker enligt
Fe3+(s) + 3 e- ® Fe(s)
Den spänning som batteriladdaren ger är mycket högre än som är nödvändig. Det leder till att även vatten reduceras. Det blir vätgasutveckling.
4 H2O(l) + 4 e- ® 2 H2(g) + 4 OH-
Vid anoden
Järnelektroden löses upp i en reaktion som är den motsatta den vid katoden.
Fe(s) ® Fe3+(aq) + 3 e-.
Eventuellt avges bara två elektroner. Järn kan nämligen vara tvåvärt eller trevärt.
Fe(s) ® Fe2+(aq) + 2 e-.
Vissa stållegeringar är så pass motståndskraftiga mot korrosion att de inte löses upp. I så fall kan man använda samma elektrod hur länge som helst.
Eftersom laddarens spänning är så pass hög så sker även vid anoden en reaktion med vatten.
4 OH- ® 2 H2O(l) + O2(g) + 4 e-
Knallgas bildas vid elektrolys av vatten
Reaktionerna med vatten vid katoden och anoden leder till att det bildas knallgas, dvs en blandning av vätgas,H2(g), och syrgas,O2(g), i proportionen 2:1. Nettoreaktionen för sönderdelningen av vattnet är
2 H2O(l) ® 2 H2(g) + O2(g)
Knallgasproduktion är ett problem även vid laddning av batterier, speciellt vid snabblöaddning då en högre spänning används. Det är därför viktigt att ventilera bort de bildade gaserna. Man ska alltid ta bort skruvlocken på varje cell på batteriet när det laddas.
Knallgas är mycket energirik i förhållande till vatten. Man har därför föreslagit att omvandla elektrisk energi till kemisk energi i form av vätgas. Vätgasen kan sedan användas för att driva förbränningsmotorer (som i bilar) genom att låta den reagera med luftsyret. Vätgas och syre kan också användas för att få tillbaka elektrisk energi. Det sker i s k bränsleceller där väte och syre reagerar till vatten under avgivande av elektrisk ström. Väte är en mycket ren energiform eftersom den enda reaktionsprodukten är vatten, som ju är helt ofarligt för människor och natur.
Natriumkarbonatets funktion
Rent vatten är en dålig elektrisk ledare. Om man inte satte till saltet natriumkarbonat (Na2CO3) skulle det bara gå en liten ström genom lösningen. När saltet löser sig i vattnet blir jonerna fria. En lösning med joner som leder elektrisk ström kallas för en elektrolyt.
Na2CO3(s) ® 2 Na+(aq) + CO32-(aq)
De positiva jonerna (Na+) vandra mot minuspolen och de negativa (CO32-) mot pluspolen.
Natriumkarbonat är ett lämpligt salt för elektrolyten eftersom det är svagt basiskt.
Vad är rost?
Rost är ett resultat av korrosion på järn. Om vi studerar korrosionen närmare ser vi följande:
 |
| Bild: Ó Svante Åberg |
Det finns ingen exakt formel för rost eftersom rost är en blandning av olika föreningar. Huvudkomponenten i rost är dock järn(III)oxid, Fe2O3.3 H2O. Om vi tar reaktionerna från början så sker följande:
 |
| Foto: Ó Svante Åberg |
Järnet oxideras vid anoden (minus-pol):
Fe(s) ® Fe2+(aq) + 2 e-
Syret reduceras vid katoden (plus-pol):
O2(aq) + 2 H2O(l) + 4 e- ® 4 OH-(aq)
Järn(II) oxideras vidare till järn(III):
Fe2+(aq) ® Fe3+(aq) + e-
Järn(III) reagerar med hydroxid till "rost":
2 Fe3+(aq) + 6 OH- ® Fe2O3.3 H2O(s)
Korrosionsskydd
 |
| Foto: Ó Svante Åberg |
Korrosion orsakar enorma ekonomiska skador varje år. Korrosionsskydd är därför av stor betydelse.
Eftersom korrosionshastigheten kan öka markant ifall man får en sluten strömkrets, så är en skyddsmetod att försöka hindra detta. Den slutna strömkretsen kräver att joner kan vandra mellan polerna. Det kan ske bara ske när jonerna är lösta i en vätska. Därför är det viktigt att undvika fukt.
Rent vatten är dock en dålig elektrisk ledare. Men ju mer lösta salter vattnet innehåller, desto bättre blir ledningsförmågan. Saltningen av vägarna är därför ett stort problem. När det salta vattnet stänker upp på bilen är förutsättningarna för rost särskilt gynnsamma.
Man kan dock förhindra att syre, vatten och salt kommer i kontakt med metallen. Det görs genom att metallen lackas eller målas med en tät färg. Underreden på bilar beläggs med en tät, seg massa.
Det finns ytterligare en metod att förhindra korrosion. Om t ex järn är i metallisk kontakt med en mer oädel metall, såsom zink, så korroderar zinken först. Detta används ofta på stora båtar. Korrosionen brukar vara mest problematisk nära propellern där vattnets och bubblornas rörelser skyndar på processen. Därför brukar man placera offeranoder av zink eller magnesium direkt på metallskrovet i närheten av propellern. Eftersom offeranoderna sakta förbrukas så måste de bytas ut med jämna mellanrum.
 |
| Foto: Ó Svante Åberg |
Det allra vanligaste exemplet på zink som skyddar järn är metoden med förzinkning av spik och plåt mm. Förzinkning sker genom att doppa järnföremålet i smält zink. Ska du spika utomhus, där det är fuktigt, så bör du använda förzinkad spik.
Man kan se ordningsföljden ädel-oädel i metallernas spänningsserie, där guld och platina är de ädlaste medan magnesium och zink tillhör de mera oädla. Ett specialfall är aluminum, som faktiskt är en mycket oädel metall men ändå inte korroderar så lätt. Det beror på att när ytan oxideras av syret i luften så bildas ett mycket tätt skikt av aluminumoxid som förhindrar vidare reaktion. En olämplig kombination är att spika ett plåttak (tunnplåt av järn) med kopparspik. Den stora skillnaden mellan koppar och järn i spänningsserien gör att järnet kommer att korrodera särskilt snabbt, medan kopparen inte påverkas nämnvärt. Om man spikar ett kopparplåttak med järnspik så blir det i stället spiken som korroderar, vilket kanske är ännu värre eftersom mängden material i spiken är så liten att den förbrukas på ganska kort tid.
Normalpotentialer (Spänningsserien)
Au+(aq) + e- « Au(s) |
+1.69 V |
Ag+(aq) + e- « Ag(s) |
+0.80 V |
Cu2+(aq) + 2 e- « Cu(s) |
+0.34 V |
Fe2+(aq)+ 2 e- « Fe(s) |
-0.44 V |
Al3+(aq) + 3 e- « Al(s) |
-1.68 V |
O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e- « 2H2O(l) |
+1.23 V |
Fe3+(aq) + e- « Fe2+(aq) |
+0.77 V |
2 H+(aq) + 2 e- « H2(g) |
0 V |
Zn2+(aq) + 2 e- « Zn(s) |
-0.76 V |
Al3+(aq) + 3 e- « Al(s) |
-1.66 V |
Mg2+(aq) + 2 e- « Al(s) |
-2.36 V |
Na+(aq) + e- « Na(s) |
-2.71 V |
Ytterligare faktorer som kan öka korrosionshastigheten är föroreningar, spänningar och sprickor i metallen.
|
Introduktion
