Standardelektrodenpotential: Was ist damit gemeint?

Lösung: C. Zink

Das Standardelektrodenpotential gibt das Gleichgewicht zwischen einem Metall und seinen Ionen bezogen auf die Standard-Wasserstoffelektrode (0 V) an. Je negativer das Potential eines Metalls ist (je unedler es ist), desto stärker neigt es dazu, Elektronen abzugeben und zum Kation zu werden; von den drei Metallen wird daher Zink mit −0,76 V am leichtesten oxidiert, und Kupfer mit +0,34 V ist das am schwersten oxidierbare (edelste) Metall. Wer Kupfer wählt, liest die Vorzeichen in umgekehrter Richtung. Eisen (−0,44 V) ist edler als Zink und wird daher nicht so leicht oxidiert wie Zink. Das Standardelektrodenpotential zeigt allerdings nur die Neigung, nicht die tatsächliche Korrosionsgeschwindigkeit. Aluminium etwa ist mit −1,66 V sehr unedel, ist an Luft aber dank seiner dichten Oxidschicht an der Oberfläche gut beständig. Zur Bewertung von Werkstoffpaarungen in realen Umgebungen wird die in Meerwasser gemessene Reihe der freien Korrosionspotentiale (galvanische Spannungsreihe) verwendet.

Lösung: A. ca. 0,32 V; Zink löst sich auf, und der Stahl wird geschützt

Die Zellspannung ergibt sich aus dem Potential der Kathodenseite (edleres Eisen) minus dem der Anodenseite (unedleres Zink): E = −0,44 − (−0,76) = 0,32 V. Das unedlere Zink wird zur Anode und löst sich nach Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ auf; die Elektronen fließen in den Stahl und machen ihn zur Kathode, sodass seine Auflösung unterdrückt wird. Dies ist der kathodische Korrosionsschutz mit Opferanoden (galvanische Anoden); er wird für Schiffsrümpfe, Stahlbauten in Häfen und erdverlegte Rohrleitungen eingesetzt, und da sich die Anoden verbrauchen, werden sie regelmäßig ersetzt. Ca. 1,20 V addiert fälschlich die Beträge der beiden Potentiale. Die Aussage, bei ca. 0,32 V löse sich der Stahl, vertauscht edel und unedel. Die tatsächlichen Potentiale in Meerwasser weichen von den Standardelektrodenpotentialen ab, doch die Beziehung, dass Zink unedler als Stahl ist, bleibt dieselbe.