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Übungsaufgaben
Zehn Übungen von AFB I bis AFB III — jede gibt dir sofort Rückmeldung, bei Schwierigkeiten helfen zwei gestufte Tipps.
A1
Schutzverfahren einordnen
AFB IOrdnen Sie die Maßnahmen dem Schutzprinzip zu.
Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Barriere (Überzug)
2kathodischer Schutz
3Passivschicht
Barriere: fremde Schicht trennt Metall und Elektrolyt. Kathodisch: das Werkstück wird Kathode. Passiv: das Metall schützt sich durch seine eigene dichte Oxidschicht.
Ansatz: Wird eine fremde Schicht aufgetragen, fließt ein Strom oder bildet das Metall selbst die Schicht?
Weiter: Edelstahl enthält Chrom.
A2
Stimmt das?
AFB IGeben Sie an, ob die Aussage zutrifft.
Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Entscheidend ist immer, welches Metall Anode wird — dieses löst sich auf.
Ansatz: Vergleichen Sie die Standardpotenziale mit Eisen (−0,41 V).
Weiter: Wo liegt beim Fremdstrom der Minuspol?
A3
Verfahren und Prinzip
AFB IOrdnen Sie jedem Verfahren das passende Schutzprinzip zu.
Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Zinn und Zink sehen ähnlich aus, wirken aber gegensätzlich: Zinn ist edler, Zink unedler als Eisen.
Ansatz: Zink: E° = −0,76 V, Zinn: E° = −0,14 V.
Weiter: Eloxieren ist eine anodische Oxidation von Aluminium.
A4
Feuerverzinken Schritt für Schritt
AFB IIErläutern Sie das Feuerverzinken eines rostigen Stahlträgers, indem Sie die Schritte ordnen.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Entfetten in heißer Lauge, damit die Oberfläche benetzbar wird.
2Beizen in verdünnter Salzsäure: Rost und Zunder lösen sich.
3Spülen und Eintauchen in ein Flussmittel gegen neue Oxidation.
4Tauchen in flüssiges Zink bei etwa 450 °C.
5Beim Abkühlen bleibt eine Zink-Eisen-Legierungsschicht mit reiner Zinkschicht darüber.
Ohne Beizen würde Zink auf Rost nicht haften. Das Beizen muss kurz bleiben, sonst greift die Säure auch den Stahl an (Säurekorrosion, 4.5.2).
Ansatz: Erst reinigen, dann beschichten.
Weiter: Fett vor Rost entfernen — Säure benetzt fettige Stellen nicht.
A5
Mix: Fremdstrom ist Elektrolyse
AFB IIEine erdverlegte Stahlpipeline wird mit einer Fremdstromanlage geschützt (Anode aus Graphit im Erdreich). Bestimmen Sie mit dem Wissen über Elektrolysen (4.3.1) alle zutreffenden Zuordnungen.
Setze alle zutreffenden Kreuze — in manchen Zeilen passen mehrere. Enter setzt und löscht.
| Teil | Minus | Plus | Kathode | Anode |
|---|---|---|---|---|
| Pipeline | ||||
| Graphit | ||||
| O₂-Reduktion | ||||
| H₂O-Oxidation |
Bei einer Elektrolyse ist die Kathode der Minuspol — umgekehrt als in der galvanischen Zelle. Die Pipeline muss Kathode sein, also an den Minuspol.
Ansatz: Kathode = Ort der Reduktion.
Weiter: Elektrolyse: Die Spannungsquelle bestimmt die Pole.
A6
Was passiert am Zinkkratzer?
AFB IIAuf einem verzinkten Blech liegt ein Kratzer bis auf den Stahl frei; ein Wasserfilm mit gelöstem Sauerstoff bedeckt ihn. Formulieren Sie die Gesamtgleichung der ablaufenden Redoxreaktion.
Setze den Bauplan von links nach rechts zusammen. Ein Klick legt den Baustein auf den nächsten freien Platz, ein Klick im Bauplan legt ihn zurück. Enter funktioniert genauso.
Eisen ist nur Kathodenfläche und erscheint nicht in der Gleichung. Wasserstoff entsteht in neutralem Wasser nicht — es läuft Sauerstoffkorrosion des Zinks ab.
Ansatz: Welches Metall wird oxidiert?
Weiter: Elektronenbilanz: 2 Zn geben 4 e⁻ ab, ein O₂ nimmt 4 e⁻ auf.
A7
Magnesiumanode an einer Pipeline
AFB IIEine 10,0-kg-Anode aus Magnesium schützt einen Abschnitt einer Stahlpipeline im Erdreich mit einem mittleren Schutzstrom von 50 mA (\(M(\ce{Mg}) = 24{,}31\,\text{g/mol}\), \(F = 96\,485\,\text{C/mol}\), 1 a = 365 d). Berechnen Sie schrittweise.
Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
- \(n(\ce{Mg})\) = mol
- verfügbare Ladung \(Q\) = 10⁶ C
- Lebensdauer (100 % Ausnutzung) \(t\) = a
- Lebensdauer bei 50 % Stromausbeute \(t\) = a
\(n = 10\,000\,\text{g} : 24{,}31\,\text{g/mol} = 411\,\text{mol}\); \(Q = n \cdot 2 \cdot F = 7{,}94 \cdot 10^{7}\,\text{C}\); \(t = Q : I = 1{,}59 \cdot 10^{9}\,\text{s} = 50{,}3\,\text{a}\). Magnesium korrodiert teils auch ohne Nutzen (Eigenkorrosion) — bei 50 % Ausbeute halbiert sich die Zeit. Typischer Fehler: z = 2 vergessen.
Ansatz: Q = n · z · F.
Weiter: 1 a = 3,1536 · 10⁷ s.
A8
Wie gut ist der Stahl geschützt?
AFB IIISchätzen Sie die Schutzwirkung an der beschriebenen Stelle in feuchter Umgebung ab.
Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = schadet, 2 = kein Schutz, 3 = nur am Rand, 4 = geschützt, 5 = dauerhaft. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = schadet5 = dauerhaft
Weißblechdose mit Kratzer bis auf den Stahl
lackiertes Blech mit Kratzer
verzinktes Blech mit 5 cm breiter Schadstelle
verzinktes Blech mit feinem Kratzer
verkratztes Edelstahlblech in Leitungswasser
Die kathodische Schutzwirkung von Zink reicht nur wenige Millimeter weit — große Schadstellen rosten in der Mitte. Edelstahl bildet seine Chromoxidschicht an Luft selbst neu.
Ansatz: Wird der Stahl Anode, Kathode oder bleibt er ungeschützt?
Weiter: Die Reichweite der Fernwirkung ist begrenzt.
A9
Forumsbeitrag zum Warmwasserspeicher
AFB IIIÜberprüfen Sie den Beitrag aus einem Heimwerkerforum und markieren Sie die falschen Zeilen.
In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Opferanoden wirken nur mit leitender Verbindung und sind Verschleißteile; Fremdstromanoden sind inert, weil die Spannungsquelle die Energie liefert.
Ansatz: Welches Metall ist unedler?
Weiter: Drei Zeilen sind falsch.
A10
Trickaufgabe: Warum rostet Edelstahl nicht?
AFB IIIBeurteilen Sie die Aussagen über rostfreien Chrom-Nickel-Stahl.
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
E°(Cr³⁺/Cr) = −0,74 V: Chrom ist unedel, bildet aber sofort eine dichte Oxidschicht — Passivierung, nicht Edelheit, schützt. Chrom ist im Stahl legiert, nicht aufgetragen. Chlorid kann die Passivschicht lokal durchbrechen (Lochfraß).
Ansatz: Standardpotenzial von Chrom nachschlagen.
Weiter: Denken Sie an Aluminium.