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Polski🦷 Elektrochemische Korrosion (Tafel)
Metallkorrosion über das Evans-Diagramm: anodische Auflösung und kathodische Reduktion treffen sich am Korrosionspotenzial E_corr. Die Butler-Volmer-Kinetik mit den Tafel-Steigungen βa, βc bestimmt die Korrosionsrate.
Über diese Simulation
Dieser Simulator erstellt ein Evans-Diagramm in Echtzeit für vier reale Metalle (Fe, Zn, Cu, Al), zeichnet anodische und kathodische Tafel-Geraden auf einer logarithmischen Stromachse und berechnet numerisch ihren Schnittpunkt. Ziehen Sie am Austauschstrom i₀, an den Tafel-Steigungen βa/βc oder am Gleichgewichtspotenzial E_eq und beobachten Sie, wie sich E_corr und i_corr in Echtzeit verschieben, um dann über das Faraday-Gesetz eine geschätzte Eisen-Korrosionsrate in mm/Jahr abzulesen.
🔬 Was gezeigt wird
Ein Evans-Diagramm: eine rote anodische Auflösungslinie und eine blaue kathodische Reduktionslinie, jeweils ein gerades Tafel-Segment in einem log(i)-vs-E-Diagramm. Ihr Schnittpunkt markiert das Korrosionspotenzial (E_corr) und die Korrosionsstromdichte (i_corr), hervorgehoben durch ein gestricheltes Fadenkreuz.
🎮 Bedienung
Stellen Sie i₀, βa, βc und E_eq über die Schieberegler ein, um zu sehen, wie sich die Linien drehen und verschieben, oder wählen Sie ein Metall-Preset (Fe, Zn, Cu, Al), um realistische Lehrbuchwerte sofort zu laden. Drücken Sie „Neu berechnen“ oder R, um neu zu zeichnen, und beobachten Sie, wie das Statistik-Panel E_corr, i_corr und die abgeleitete Korrosionsrate aktualisiert.
💡 Wussten Sie schon?
Zinks deutlich höherer Austauschstrom und negativeres Gleichgewichtspotenzial sind genau der Grund, warum es zum galvanischen Schutz von Stahl verwendet wird — es korrodiert bereitwillig zuerst und opfert sich, damit das Eisen es nicht muss.
Häufig gestellte Fragen
Was genau stellt der Schnittpunkt im Diagramm dar?
Der Punkt, an dem sich die anodische und die kathodische Tafel-Linie kreuzen, ist das Mischpotenzial des korrodierenden Metalls, E_corr, und die zugehörige Stromdichte i_corr. Da beide Kurven im stationären Zustand gleiche und entgegengesetzte Ladung tragen müssen, ist dies der einzige selbstkonsistente Arbeitspunkt der korrodierenden Elektrode, und i_corr ist es, was den tatsächlichen Metallverlust antreibt.
Warum verschiebt ein Wechsel des Metall-Presets beide Linien gleichzeitig?
Jedes Metall-Preset lädt einen passenden Satz von i₀-, βa-, βc- und E_eq-Werten aus realen elektrochemischen Daten (zum Beispiel verwendet Eisen i0=10 μA/cm², E_eq=-500 mV, während Zink i0=50, E_eq=-760 mV nutzt). Da das kathodische Gleichgewichtspotenzial in diesem Modell gegenüber dem anodischen verschoben ist, formt ein Metallwechsel das gesamte Diagramm um, nicht nur eine Linie.
Wie wird die Korrosionsrate in mm/Jahr tatsächlich berechnet?
Der Simulator wendet das Faraday-Gesetz an, mit der Molmasse von Eisen (56 g/mol), 2 übertragenen Elektronen pro Fe-Atom, der Faraday-Konstante (96485 C/mol) und der Dichte von Eisen (7,87 g/cm³), um i_corr in eine lineare Abtragsrate umzurechnen. Es handelt sich um eine vereinfachte Umrechnung für ein einzelnes Metall, daher sollte man sie als illustrativ und nicht als zertifiziertes korrosionstechnisches Ergebnis betrachten.
Was steuern die Tafel-Steigungsregler tatsächlich?
βa und βc legen fest, wie steil die anodische und die kathodische Linie pro Stromdekade ansteigen oder abfallen, in mV/Dekade. Eine flache Steigung bedeutet, dass die Reaktionsrate sehr empfindlich auf Potenzialänderungen reagiert, während eine steile Steigung bedeutet, dass der Strom kaum auf Überspannung reagiert — beide Formen ergeben sich direkt aus der Butler-Volmer-Gleichung in der Tafel-Näherung.
Warum wird die Austauschstromdichte i0 als separater Marker im Diagramm angezeigt?
i0 markiert, wo jede Tafel-Linie bei null Überspannung liegen würde, also die natürliche Gleichgewichtsrate dieser Teilreaktion, bevor überhaupt ein Netto-Korrosionsstrom fließt. Die violetten Punkte auf den anodischen und kathodischen Gleichgewichtspotenzialen zeigen visuell, wie weit der tatsächliche Korrosionspunkt (E_corr, i_corr) vom Gleichgewicht weggedrückt wurde.