Wie reagiert Eisen mit Sauerstoff?

Rost: Die stille Zerstörungskraft des Sauerstoffs auf Eisen

Eisen, ein unverzichtbares Metall unserer Zivilisation, ist ständig der Bedrohung durch Korrosion ausgesetzt. Besonders in feuchter Umgebung reagiert es mit dem Sauerstoff der Luft und bildet Rost, chemisch bekannt als Eisen(III)-oxid (Fe₂O₃). Dieser Prozess ist nicht nur eine oberflächliche Verfärbung, sondern eine schleichende Zerstörung des Materials, die erhebliche wirtschaftliche und sicherheitsrelevante Folgen haben kann.

Die Rostbildung ist eine komplexe elektrochemische Reaktion, die in mehreren Schritten abläuft. Feuchtigkeit spielt dabei eine entscheidende Rolle, da sie als Elektrolyt fungiert und den Ionentransport ermöglicht. Vereinfacht dargestellt, gibt das Eisen Elektronen ab (Oxidation) und wird zu positiv geladenen Eisenionen (Fe²⁺ und Fe³⁺). Der Sauerstoff aus der Luft nimmt diese Elektronen auf (Reduktion) und reagiert mit dem Wasser zu Hydroxidionen (OH⁻). Diese Ionen verbinden sich anschließend mit den Eisenionen und bilden verschiedene Eisenoxide und -hydroxide, die letztendlich zu dem charakteristischen rotbraunen Eisen(III)-oxid dehydrieren.

Die Porosität des Rosts ist ein weiterer Faktor, der die Korrosion beschleunigt. Im Gegensatz zu einer schützenden Oxidschicht, wie sie beispielsweise bei Aluminium entsteht, haftet Rost nicht fest am darunterliegenden Eisen. Dadurch kann Sauerstoff und Feuchtigkeit ungehindert zum frischen Metall vordringen und die Reaktion fortsetzen. Die Rostschicht blättert ab und legt immer neue Metallflächen frei, die dem Angriff des Sauerstoffs ausgesetzt sind.

Die Geschwindigkeit der Rostbildung wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter die Luftfeuchtigkeit, die Temperatur, der Salzgehalt der Umgebung und die Zusammensetzung des Eisens selbst. So beschleunigt beispielsweise ein höherer Salzgehalt die Korrosion, da Salze die Leitfähigkeit des Elektrolyten erhöhen.

Um die zerstörerische Wirkung des Rosts zu verhindern, gibt es verschiedene Schutzmaßnahmen. Dazu gehören Beschichtungen wie Lacke, Farben oder Zinküberzüge, die das Eisen vom Sauerstoff und der Feuchtigkeit abschirmen. Auch die Verwendung von rostfreien Stahllegierungen, die durch die Zugabe von Chrom und Nickel korrosionsbeständiger sind, stellt eine effektive Methode dar. Ein tiefergehendes Verständnis der elektrochemischen Prozesse der Rostbildung ist entscheidend, um wirksame Schutzstrategien zu entwickeln und die Lebensdauer von Eisenkonstruktionen zu verlängern.