Brennt Eisen?

Experiment:
Versuch: Brennt Eisen?
Versuch: Pyrophores Eisen


In den achtziger Jahren verwüstete ein Brand eine Kölner Autofabrik. Die Meldungen darüber sprachen davon, dass auch Eisen verbrannt sei. Brennt Eisen überhaupt?
Hier geht es um die Reaktion zwischen Eisen und Sauerstoff. Wir schauen in die Tabellen mit den Standardpotentialen. Eisen hat einen negativen Wert (-0,41 V).
Gegenüber Sauerstoff (Eo = 0,81 V) beträgt seine Potentialdifferenz -1,22 V. Man sollte jedoch bei Reaktionen zwischen den Elementen besser mit der Elektronegativität arbeiten. Denn die Standardpotentiale beziehen sich auf die Redox-Gleichgewichte der Elemente in 1-molaren, wässrigen Lösungen ihrer am Gleichgewicht beteiligten Ionen. Die Werte sind EN(O2) = 3,50 und EN(Fe) = 1,64. Die EN-Differenz ist so groß, dass ein leichter Elektronenaustausch zwischen den Elementen O und Fe zu erwarten sein sollte.

Aber dennoch ist das Eisen erstaunlich stabil, wenn es mit Sauerstoff zusammenkommt, genau genommen metastabil. Ohne Aktivierung will es einfach nicht brennen, trotz der hohen molaren Verbrennungswärme von -274 kJ/mol FeO.

Der Grund ist: Die Reaktion zwischen Eisen und Sauerstoff ist eine Oberflächenreaktion. Kompaktes Eisen wird aber nur oberflächlich oxidiert, ohne dass sonderlich viel Reaktionswärme frei wird, so dass sich die Reaktion nicht selbst tragen kann. Außerdem wird der Zutritt von weiterem Sauerstoff unterbunden. Je größer jedoch die Oberfläche ist, desto mehr Eisenatome können mit Sauerstoffmolekülen reagieren. Desto mehr Reaktionsenergie wird auch frei. Dann aktiviert sich die Reaktion rasch selbst, das Eisen verbrennt.

Halten wir fest: Es gibt zur Aktivierung neben starkem Erhitzen einen Trick, das Eisen zu entzünden: Man muss es nur fein genug verteilen (-> Versuch).

Ein kompaktes Stahlstück brennt deshalb kaum und man muss lange und kräftig erhitzen, wobei auch der oxidische Belag abblättert. (Man kennt das vom Stahlwerk.)
Stahlwolle hat schon eine viel größere Oberfläche und brennt schon viel besser.
Am deutlichsten jedoch zeigt Eisen seinen unedlen Charakter, wenn es feinstverteilt als so genanntes pyrophores Eisen vorliegt. Das glüht im Kontakt mit der Luft auf und verbrennt augenblicklich zu schwarzem Oxid. Wegen dieser Empfindlichkeit gegen Sauerstoff muss es sogar unter einem Schutzgas wie Kohlenstoffdioxid aufbewahrt werden.


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Letzte Überarbeitung: 02. November 2006, Dagmar Wiechoczek