Dokument: Zinkkorrosion in alkalisch wässrigen Lösungen

Titel:	Zinkkorrosion in alkalisch wässrigen Lösungen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=11305
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20090608-131238-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Fenster, Jan Christian [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,45 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 29.05.2009 / geändert 29.05.2009
Beitragende:	Prof. Dr. Bettermann, Hans [Gutachter] Prof. Dr. Staudt, Claudia [Gutachter]
Stichwörter:	Zink, Korrosion, Impedanz Spektroskopie, Zinksäure
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Das Ruhepotential eines Zink-Elektrolyt-Systems steigt in einem engen alkalischen pH-Bereich sprunghaft an und widerspricht damit den thermodynamischen Gleichgewichtspotentialberechnungen nach Pourbaix. Um dieses Phänomen ausführlich, in Abhängigkeit des pH-Wertes, mit elektrochemischen Methoden untersuchen zu können, wurde eine automatisierte, computergesteuerte Versuchsapparatur entwickelt und aufgebaut. Auf Basis von elektrochemischen Untersuchungen konnte eine Arbeitshypothese entwickelt werden, die auf der Anwesenheit einer geschlossenen Deckschicht auf der Zinkoberfläche basiert. Die Messung von Transienten des Widerstandes, des Ruhepotentials und des pH-Wertes stützten diese Annahme. Mittels Rasterelektronenmikroskopie konnte eine Deckschicht beobachtet werden, die nach röntgenographischer Charakterisierung als Schicht aus Zinksäuren zu beschreiben ist. Die Kinetik des Auf- und Abbaus der Deckschicht wurde bei verschiedenen pH-Werten bestimmt. Unter Verwendung einer optimierten elektrochemischen in-situ Ramanzelle konnten elektrochemische und ramanspektroskopische Experimente parallel durchgeführt werden. Ramanspektroskopische Experimente in deuteriertem Elektrolyten zeigten, dass das Signal aus der Deckschicht keinen Isotopeneffekt aufweist. Schwingungsspektren von verschiedenen Zinksäuren wurden unter Verwendung der Dichtefunktionaltheorie (DFT) berechnet. Die berechneten Frequenzen von verschiedenen Zn-O-Zn-Schwingungen decken sich mit der Lage der ramanspektroskopischen Ergebnisse. Die gemachten Beobachtungen deuten darauf hin, dass in alkalischen Elektrolyten in einem pH-Bereich von 12.0 bis 12.7 die Zinkoberfläche mit einer passivierenden Schicht aus Zinksäuren belegt ist. Diese passivierende Schicht ist die Erklärung für den sprunghaften Anstieg des Ruhepotentials im Zink-Elektrolyt-Systems. The open circuit potential (OCP) of a zinc electrolyte system increases spontaneously in a narrow alkaline pH-area. This behavior is in contradiction to Pourbaix's thermodynamic calculations. In order to investigate this system's dependence on the pH-value in depth using electrochemical methods, a fully automated, computer controlled setup was developed. The first electrochemical investigation lead to a working hypothesis which is based on the formation of a closed film on the zinc surface. This assumption was corroborated by other electrochemical investigations such as the use of scanning electron microscopy, a scale could be observed. The analysis of x-ray diffraction pattern suggested, that the scale consists of zinc acids. The kinetics of its formation and dissolution was determined. Use of an optimized electrochemical in-situ Raman cell allowed performing electrochemical and spectroscopic experiments in parallel. The vibration spectra for different zinc acids were calculated by meaning of the density functional theory (DFT). Some of the calculated vibrations of the Zn-O-Zn-bonds had the same position as the measured ones. The observations indicate, that the zinc surface is covered with a passive layer consisting of zinc acids when immersed in an alkaline electrolyte with a pH-range between pH=12.0 and pH=12.7. This passive layer is the explanation for the spontaneous increase of the OCP value of the zinc-electrolyte-system.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	08.06.2009
Dateien geändert am:	29.05.2009
Promotionsantrag am:	09.04.2009
Datum der Promotion:	06.05.2009