Beim Experimentieren den Allgemeinen Warnhinweis unbedingt beachten.

Der Februar ist der kälteste Monat. Es wird mächtig geheizt, die Heizung bullert im Keller vor sich hin - wenn sie heil ist. Oftmals wird gerade in dieser Zeit der Kessel defekt: "Typischer Korrosionsschaden!" murmelt der erfreute Heizungsbauer. Und: "Die ganze Kesselanlage muss erneuert werden, ist durchgerostet." Er fügt hinzu: "Warum haben Sie denn nie an die Erneuerung der Anode gedacht?" (Eine nahezu verbrauchte Opferanode zeigt das folgende Bild.)

Bild 1: Verbrauchte Opferanode von Prof. Blumes Heizung.
Der Überzug besteht aus harten, grobkristallinen Magnesiumverbindungen
(Foto: Daggi)

Bei uns im Labor steht das ganze Jahr über in verdünntem Salzwasser ein Nagel, der nicht rostet. Der Trick ist, dass wir ein unedleres Metall wie Magnesium dagegen schalten. Das macht auch der Heizungsbauer: Er baut einen dicken Stab aus Aluminium, Zink oder Magnesium (bzw. alles zusammen als Legierung) in den Kessel ein, verbindet diese elektrisch leitend mit der Kesselanlage und nennt diese Anordnung "Kathodischen Korrosionsschutz".

Mit Opferanoden schützt man auch Schiffe vorm Rosten. So erkennt man auf Bildern von Schiffen im Dock große Metallplatten neben den Schiffsschrauben.

Hier zunächst die Vorschrift für das Experiment:

Versuch: Der nichtrostende Eisennagel Schülerversuch; 10 min. Geräte Stativ, U-Rohr ohne Fritte, Becherglas (100 ml), Kabel mit zwei Krokodilklemmen. Chemikalien und Material 2 entfettete billige Eisennägel, Magnesiumband, Leitungswasser oder Salzwasser (Natriumchlorid, w = 0,1 %). Durchführung Tauche den Eisennagel und das Magnesiumband jeweils in einen Schenkel des U-Rohrs, das man zuvor mit ionenhaltigem Wasser gefüllt hat. Schließe die Metalle mit dem Kabel kurz. Wichtig: Die Krokodilklemmen dürfen nicht ins Wasser tauchen, da an dieser Stelle Eisen unedler ist und die Korrosion beschleunigt wird. Zur Vermeidung von Wasserverlusten deckst du die Schenkel des U-Rohrs mit Kunststofffilm ab. Stelle zum Vergleich einen identischen Eisennagel ohne Korrosionsschutz in ein Glas mit dem ionenhaltigen Wasser. Ergebnis Auch nach einigen Tagen beobachtet ihr im U-Rohr keinen Rostansatz, während der Nagel im Becherglas schon nach wenigen Stunden deutlich zu rosten beginnt.

Bild 2 (Foto: Daggi)

Der Trick ist, dass bei dieser Anordnung zwischen den Metallen ein elektrischer Strom fließt. Es handelt sich also um ein galvanisches Element. Ihr könnt ja mal die Spannung zwischen den beiden Metallstücken messen. Und wenn ihr einen niederohmigen Motor habt, könnt ihr den damit antreiben - wie bei einer elektrischen Batterie.
Bei diesem galvanischen Element schickt das unedlere Metall (Magnesium) Elektronen zum edleren Metall (Eisen). Damit kann das Eisen keine positiv geladenen Ionen mehr abgeben, es bildet keine Verbindungen mehr. Damit beobachtet ihr auch keine Rostbildung.

(Man kann übrigens auch von vornherein eine Gleichspannung an das zu schützende Werkstück legen und es so negativ aufladen. So schützt man z. B. die neue Mittellandkanal-Brücke über die Weser bei Minden.)

Ab und zu jedoch muss das Magnesium erneuert werden, da es langsam abgebaut wird, sich also verbraucht. Es opfert sich regelrecht für das Eisen. Da es oxidiert wird, stellt es die Anode dar. Man spricht deshalb auch von einer "Opferanode".

Diese Anordnung könnt ihr auch zu Hause vorführen. Ein U-Rohr braucht ihr dazu nicht unbedingt. Hier ist eine ganz einfache Versuchsvorschrift zum nichtrostenden Eisennagel. Das Experiment ist immer wieder eine interessante Gesprächsgrundlage. Fragt dann gleich einmal nach, ob die Opferanode in eurer Heizung schon mal erneuert worden ist. Wenn man das nämlich vergisst, wird die Heizungsreparatur teuer... Ich lasse wenigstens alle drei Jahre nachsehen!

Rüdiger Blume

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