Unter Korrosion (von lat. corrodere zersetzen bzw. zerfressen) ist die Reaktion eines Stoffes (meist eines Metalls) mit seiner Umgebung (wie Sauerstoff, Wasser oder Säuren) zu verstehen. Durch diese Reaktion verändert sich der Stoff. Er kann aufgelöst oder stark angegriffen werden.

Wie kommt es zur Korrosion von Metallen?

Chemische Grundlage von Korrosionen ist die Oxidation von Metallen durch sogenannte Oxidationsmittel (Stoffe, die andere Stoffe, in diesem Fall die Metalle, oxidieren können). Bei dieser Reaktion entstehen aus den elementaren Metallen Metallionen, die in Lösung gehen. Diese Ionen können in der Lösung weiterreagieren, wodurch der Ausgangstoff verändert wird. Durch diese Veränderung kann es zu einer Beeinträchtigung der Funktion kommen.

Ein bekanntes und wirtschaftlich sehr kostspieliges Beispiel ist die Korrosion von Eisen in Anwesenheit von Wasser und Sauerstoff. Bei dieser Reaktion, die auch als Sauerstoffkorrosion bezeichnet wird, wirkt der Sauerstoff als Oxidationsmittel, indem er das Eisen oxidiert und selbst dabei reduziert wird. Den Prozess der Sauerstoffkorrosion stellen wir im Folgenden in mehreren Schritten dar:

1. Tropft Wasser auf einen Eisenstab, findet an der Oberfläche eine analoge Reaktion wie beim Eintauchen des Kupferstabs in die Kupferlösung statt: Eisenatome an der Oberfläche lösen sich aus dem Metallgitter und gehen als Eisen-Ionen in Lösung. Die bei der Oxidation der Eisenatome freigesetzten Elektronen bleiben an der Oberfläche des Metalls und laden dies negativ auf. 

   Oxidation: Fe → Fe²⁺ + 2e^-

   Ähnlich wie bei der Reaktion des Kupferstabs bildet sich auch hier eine Grenzschicht aus positiv geladenen Eisenionen und Wassermolekülen. Diese Grenzschicht ist nicht sehr reaktionsfreudig und führt noch nicht zum Rosten des Metalls.

2. Ist jedoch Sauerstoff (zumeist in Form von Luftsauerstoff) in der Umgebung des Wassertropfens, diffundiert dieser in den Wassertropfen und reagiert mit den Wassermolekülen sowie den Elektronen, die bei der Bildung der Eisenionen frei wurden, zu Hydroxidionen.

   Reduktion: 2 H₂O + O₂ + 4e^- → 4 OH^-

   Durch die oben dargestellten Reaktionen kommt es zur Ausbildung einer galvanischen Zelle. Die Hydroxid-Ionen bilden den anodischen Bereich und die positiv geladenen Eisenionen den kathodischen Bereich. Das Wasser fungiert als Elektrolyt. Die Redoxreaktion kann ablaufen.

3. Nach dieser Redoxreaktion, um die es eigentlich geht bei der Sauerstoffkorrosion, laufen noch weitere Reaktionen ab, die veranschaulichen, woher der typische rote Rost kommt.

   Die Hydroxidionen reagieren mit den Eisenionen zu Eisen(II)-hydroxid:

   Fe²⁺ + 2 OH^- → Fe(OH)₂

   Dieses Eisen(II)-hydroxid reagiert mit Wasser und Sauerstoff weiter zu Eisen(III)-Ionen, die mit Hydroxidionen weiter zu Eisen(III)-hydroxid reagieren.

   2  Fe(OH)₂ + ½ O₂ + H₂O → 2 Fe³⁺ + 8 OH^-

   Fe³⁺ + 3 OH^- → Fe(OH)₃

   Durch Abgabe von Wasser bildet sich aus Eisen(III)­hydroxid das schwer wasserlösliche Eisen(III)­oxid-hydroxid, welches sich auf der Eisenoberfläche ablagert und die typische braun-rote Rostfarbe besitzt.

   Fe(OH)₃ → FeO(OH) +H₂O

Bei der Säurekorrosion, die auch als Wasserstoffkorrosion bezeichnet wird, wird ein Metall in Anwesenheit einer Säure oxidiert. Die Protonen der sauren Lösung entziehen dem Metall die Elektronen und wirken dadurch als Oxidationsmittel. Dabei entstehen elementarer Wasserstoff und das Kation des Metalls (in diesem Beispiel Eisen):

Oxidation: Fe → Fe²⁺ + 2e^-

Reduktion: 2H⁺ + 2e^- → 2H

Gesamtgleichung Fe + 2H⁺ → Fe²⁺ + 2H