Passivitäts‐ und Oszillationseffekte an Metallen

IM LAUFE der Erdgeschichte ist offensichtlich eine Zunahme an Ordnung bis hin zur Ausbildung von lebenden Systemen zu konstatieren. Das scheint im krassen Widerspruch zu dem von Rudolf Clausius entwickelten thermodynamischen Entropieprinzip zu stehen, das letztendlich den Wärmetod der Welt vorsieht. Durch die bahnbrechenden Arbeiten von Ilya Prigogine auf dem Gebiet der irreversiblen Thermodynamik beginnt sich langsam der Dissens zwischen dem thermodynamischen Entropie‐ und dem biologischen Evolutionsprinzip zu lösen. Prigogine hat gezeigt, daß weit vom chemischen Gleichgewicht entfernte Systeme eine unerwartete Struktur in Raum und/oder Zeit ausbilden können. Der zeitlichen Strukturbildung bei oszillierenden Reaktionen infolge sich periodisch ändernder Zustandsvariablen eines Systems (Konzentration, Potential, Strom, pH‐Wert usw.) kommt somit in jüngster Zeit eine große Bedeutung zu. Leider entziehen sich die meisten oszillierenden chemischen Reaktionen einem sinnvollen Einsatz in der Schule, da eine Vielzahl von komplizierten Teilreaktionen zur Interpretation dieser Phänomene notwendig ist. In diesem Beitrag werden Oszillationen im elektrochemischen System Eisen/Schwefelsäure vorgestellt. Es wird gezeigt, daß unter bestimmten Reaktionsbedingungen eigentümliche Strom‐ und Potentialschwankungen auftreten, die mit nur 3 Teilreaktionen vollständig interpretiert werden können. Die Oszillationen resultieren aus einem Zusammenspiel von aktiver Eisenauflösung, I. Fe → Fe 2+ + 2 e − , einem pH‐abhängigen Deckschichtbildungsprozeß, II. 2 Fe + 3 H 2 O → γ‐Fe 2 O 3 + 6 H + +6 e − und einem Deckschichtabbauprozeß III. γ‐Fe 2 O 3 + 6 H + → 2 Fe 3+ + 3 H 2 O. Mit bekannten Reaktionen kann somit der Einstieg in eine völlig neue Thematik gefunden werden.