PH-Wert Elektrochemie

Erste Frage Aufrufe: 1012     Aktiv: 04.02.2021 um 09:57

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Guten Tag die Damen und Herren,

mich interressiert als Maschinenbauer besonders der pH-Wert bezüglich nichtrostender Stähle ( Chromoxidschicht). Vorab ich hatte noch nie zuvor Chemie im Unterricht, also bitte verzeiht mir ;)

1.Frage: Wenn ich VE wasser zapfe und Natriumchlorid dazu gebe hat der pH-Wert des Elektrolyts nach 2 Tagen ca den pH-Wert von 5,8.. habe dazu gelesen das sich H2Co3 bildet und somit das Wasser Saurer macht. Ist aber der pH-Wert nicht so deklariert das es anhand der H+ und OH- Ionen gemessen wird? demnach müsste ja das Elektrolyt ja angereichert werden mit H+ Ionen oder nicht? Wenn ja wo kommen diese her?

2.Frage: Ich habe mir mal das Hägg Diagramm angesehen y-Achse (Stoffmengenkonzentration), x-Achse pH-Wert. Wenn ich z.B den pH-Wert von 3 nehme habe ich somit nur H+ Ionen oder auch eine geringe Konzentration von OH- Ionen?? Theoretisch geht H+ und OH- eine Verbindung ein, sodass sich H2O bildet, demnach hatte ich mit dem Gedanken gespielt, dass bei einem pH-Wert von 3 nur noch H+ Ionen vorhanden sind und die OH- schon eine verbindung mit einigen H+ Ionen eingegangen sind und sich H2O gebildet hat. Bei einem pH-Wert von 10 z.B anders herum also nur noch OH- Ionen...

3.Frage: Ich habe eine 1% Lösung H2SO4 und eine 1% Lösung NaOH. Wenn ich einen pH-Wert von 5,8 wie oben beschrieben habe und dann einen pH-Wert von 3,5 und einen pH-Wert von 10,5 einstellen möchte benutze ich eben halt die Lauge oder die Säure, aber wenn ich 3,5 einstelle, benötige ich ca 3ml H2SO4 und wenn ich 10,5 einstellen möchte benötige ich nur 0,3-0,4ml NaOH... wie kommt es zu so einem grossen Unterschied, obwohl ich ja von der Grundsuppe schon einen pH-Wert von 5,8 habe...5,8-3,5=delta 2,3 -> 3ml H2SO4 und beim anderen 10,5-5,8=delta 4,7 -> 0,3-0,4ml NaOH... Theoretisch müsste ich ja mehr Lauge dazu geben..

4.Frage: Ich führe eine elektrochemische Messung anhand einer Redoxreaktion durch, wobei ich eine Anode mit einer Chromoxidschicht besitze, eine Kathode aus Titan (edler) und eine Referenzelektrode um dieses Grafisch darzustellen mittels eines Potentiostaten. Das freie Korrosions Potential bei einem pH-Wert von 5,8 liegt bei ca. -150mV bei einem pH-Wert von 8,5 bei ca. -220mV und bei einem pH-Wert von 3,5 liegt dieser sogar bei -330mV kann mir das einfach nicht erklären....da ja das freie Korrosionspotential anhand der H+ und OH- Ionen gesteuert wird.

5.Frage: wieso sinkt der pH-Wert bei einem pH-Wert von 8,8 auf 8,5 bei Zugabe von Wasserstoffperoxid 75mg/l umgerechnet 0,225ml 30%Lösung H2O2? Bei einem pH-Wert von 3,5 verändert sich dieser nicht bei Zugabe von H2O2.

6.Frage:Wieso verschiebt sich das freie Korrosionspotential bei Zugabe von H2O2 extrem nach Rechts sodass ich bei einem pH-Wert von 3,5 aufeinmal von -300 auf +300 mV springe und bei einem pH-Wert von 8,5 von -220 auf +150 mV lande? Es wird die gleiche Menge H2O2 hinzugegeben aber das delta an mV ist bei dem niedrigen pH-Wert viel höher...

7.Frage:Wenn ich den pH-Wert von 5,8 auf 8,5 einstelle mittels NaOH und die Lösung dann 45 min stehen lasse ohne weiteren einfluss hat der pH-Wert danach aufeinmal 8,2 und bei dem pH-Wert von 3,5 bleibt dieser Konstant. Hier müsste ja irgendeine Raktion stattfinden sodass der pH-Wert absinkt..

Das war es erstmal und würde mich freuen wenn die Fragen zum Teil beantwortet werden können. Wie gesagt bin kein Chemiker aber gerne alles reinschreiben was ihr dazu wisst. Sei es Reaktionsgleichungen oder sonstiges. Danke schonmal im vorraus und eine angenehme Woche.

Mit freundlichem Gruss

Der der es Wissen will

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Hallo,

Das sind viele Fragen, die ich getrennt beantworten würde.

  1. CO2 kann schon ein Grund sein, aber eine Änderung um 1,2 finde ich schon recht stark, wenn man die geringe CO2 Konzentration in der Atmosphäre bedenkt. Kannst du das mit einem abgeschlossenen Gefäß auch testen? Wenn das da nicht auftritt ist es vermutlich der Einfluss von CO2. CO2 bindet direkt ein Wassermolekül und Kohlensäure dissoziiert direkt, weshalb H+ entsteht.

  2. Ja, aus dem Gleichgewicht der Autoprotolyse werden die entsprechenden Ionen entzogen.

  3. Schwefelsäure ist eine mehrprotonige Säure, es hat mehrere Dissioziationsschritte. H2SO4 hat auch einen niedrigeren pKs Wert als HSO4-, weshalb es stärker ist. HSO4- reagiert auch mit einem Wassermolekül zu H2SO4 und OH-, weshalb diese Titration abgepuffert ist. Vergleichbar mit der Titration einer schwachen Säure.

  4. -

  5. Laut Wikipedia ist es eine schwache Säure, deshalb reagiert es auch nur bei höheren pH.

  6. -

  7. Das ist ganz klar der Einfluss durch das CO2, es bildet sich Hydrogencarbonat, was den pH Wert senkt. Ein geschlossenes Gefäß mit wenig Restluft sollte Abhilfe schaffen.

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Danke für deine schnelle Rückmeldung habe es leider gestern nicht mehr geschafft einfach viel zu viel zutun gehabt :( habe mir auch etwas dazu durch gelesen habe aber das Gefühl das immer mehr dazu kommt und mich relativ viel verwirrt^^

Zu 1. wenn man von normalen Leitungswasser ausgeht was den pH-Wert von 7 hat gebe ich dir recht aber es handet sich ja um Ve Wasser demnach ist es ja nicht deionisiert sondern nur demineralesiert.

2. Also kann ich davon ausgehen das schon alleine durch die Eigendissoziation von Wasser immer H+ und OH- Ionen vorhanden sind? z.B bei pH 7 diese sich ja im Gleichgewicht befinden?

3. Theorethisch habe ich aber doch auch in der ersten stufe der dissoziation H2SO4 -> H+ + HSO4-
und in der 2 Stufe dann HSO4- -> H+ + SO4^2- zur berechnung des pH Wertes benutzt man ja die formel wo die H3O+ Oxonium ionen deklariert sind somit habe ich bei der dissoziation von H2SO4 und 2H2O zwei H3O+ Oxoniumionen und den rest.Hat wahrscheinlich wieder was mit den Säuren Basen paare zutun oder? woher weiss man welche Reaktion bevorzugt stattfindet? hätte ich ja nur reaktionen mit OH- Gruppen würden diese wieder mein Elektrolyt basischer machen. schwieriges Thema als nicht chemiker^^

5. habe ich auch gesehen danke nochmal für den hinweis. demnach dissoziert somit H2O2 zu zwei H+ ionen und O2 sodass die H+ ionen einen gegenpart bieten.demnach müssten ja die H+ ionen direkt eine verbindung mit einigen OH- gruppen eingehen sodass H2O entsteht und diese auch wieder so bleiben. aber dann erklärt wiederspricht das doch den punkt 2 oder nicht?

7. Ok auch nachvollziehbar da theorethisch co2 als schwache säure wirkt aber das Eletrolyt hat sich schon über 48 schon mit CO2 angereichert und ist auf einen pH-Wert von 5,8 gesunken demnach hat sich ja ein gleichgewicht eingestellt ( egal ob geschlossen oder offener behälter pH-wert immer bei 5,8) ich gebe ja nur natronlauge dazu bis der pH-Wert 8,5 ergibt danach starte ich die redoxreakion und der pH-Wert nach 45 min ergibt meist 8,2 +-0,1 . wie kann das sein das danach wieder co2 aufgenommen wird??

  ─   willeswissen 03.02.2021 um 10:29

1) Wie dein Wasser nun heißt ist egal, entscheidend ist die Technik dahinter! Deionisiert oder demineralisiert klingt für mich erstmal gleich. Wasser destillieren tut heute auch niemand mehr, meist läuft das über einen Ionentauscher. Und dann gibt es verschiedene Reinheitsstufen, ausmachen kann man das nur an der Leitfähigkeit.
https://www.lenntech.de/anwendungen/prozess/demineralisiert/deionisiertes-demineralisiertes-wasser.htm
Da wird beschrieben, dass destilliertes Wasser einen pH von 5.8 erreichen kann durch CO2.

2) Ja, bei pH 7 liegen H+ und OH- in der exakt gleichen Konzentration vor. Es gibt ja noch Gleichgewichtskonstanten (Kw Wert) die die Lage beschreiben, wie stark die Ausganssubstanz gelöst / dissoziiert ist.

3) Auch hier geht es um die Gleichgewichtslage. Starke Säuren/ Basen dissoziieren vollständig, schwache Lösungen dagegen nur teilweise, das heißt dass die Rückreaktion zum Teil stattfindet.
H2SO4 ist nur im ersten Protolyseschritt eine starke Säure, im zweiten schritt schwach. Wie die Gleichgewichtslage ist, hängt vom K/KS Wert oder eben pK/pKS (logartischmisch) ab und natürlich von den äußeren Bedingungen, aber die sollten im Experiment natürlich immer gleich sein.

5) Dabei ensteht kein O2 sondern eine ionische Verbindunge, wie auf Wikipedia beschrieben. Ja, wenn H+ gebildet wird kann das mit OH- reagieren. Aber du hast ja dann immer noch mehr H+ in der Lösung von der Autoprotolyse, weshalb es sauer ist.

7) Das Gleichgewicht stellt sich erstmal nur soweit ein, wie stark die Säure auch ist. Da Kohlensäure schwach ist, kann es vermutlich erstmal nicht niedriger als 5.8 gehen. Wenn du jetzt auf einen basischen pH gehst, dann kann sich wieder mehr CO2 lösen solange bis das Gleichgewicht eingestellt ist. Neues CO2 wird aus der umliegenden Atmosphäre antransportiert und kann sich wieder lösen. Das kannst du nur durch schließen des Gefäßes verhindern, da dann das CO2 irgendwann aufgebraucht ist.

  ─   dr deuterium 04.02.2021 um 09:57

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Die Betrachtungen zu Korrosion sind etwas schwieriger. Hast du dazu schon Erfahrungen?

Ich hatte mal eine Mastervorlesung dazu, was schon auf recht hohen Niveau ist. Allerdings habe ich mich nie genau damit beschäftigt.

Das Potential ist das eine, aber müsstest du nicht auch Stromdichten aufnehmen und diese dann gegeneinander auftragen? Vielleicht kann man sich da ein besseres Bild machen.

4) Da sind ein paar Anwendungsbeispiele für unterschiedlichen pH.

6) Wasserstoffperoxid ist ein Oxidationsmittel, kommt es da zu Änderungen an der Chromoxidschicht unter Gasentwicklung?

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Student, Punkte: 850

 

Also ich habe mir schon einiges dazu durchgelesen und viel Literatur recherchiert wie das Lochkorrossionspotential defeniert ist kann ich auch nachvollziehen, dass es am chlorid gehalt liegt und das ist auch aus den Messungen abzuleiten dennoch unternehme ich zu den Messungen auch die pH gesteurten und wenn dann demnach H2SO4 , NaOH oder H2O2 zum einsatz kommt verschieben sich die freien Potentiale. Mein Dr. "Vater" sagt immer es liegt an den OH- und H+ Ionen da bei der Redoxreaktion ja eletronen ins Eletrolyt übergehen aber meiner meinung nach passiert ja auch was auf der Passivschicht die mit dem Elektrolyt in Kontakt steht. somit habe ich ja auch wenn sich sulfide bilden auch eine Beeintrechtigung der Passivschicht egal ob chrom, nickel oder sonstiges somit auch zusätzlich die passivschicht schädigt und nicht nur der chlorid gehalt.siehe Kaimann_Fachinformation_Korrosionsschutz.
Die Anwendungsbeispiele werde ich mir gleich mal durchlesen danke für den Link.

Man kann aufjedenfall erkennen das nach Zugabe des H2O2 eine höhre Anzahl an blasen vorhanden ist aber ist dieses nicht gewährleistet durch die dissoziation und somit dem austritt von Sauerstoff?
Man sieht anhand der Messungen das die passivität der chromoxidschicht viel viel geringer ist. Je nach Stahlsorte ist es sogar so, dass so gut wie keine Passivschicht vorhanden ist und sofort Lochkorrossion oder spaltorrossion auftritt. oft bei einem hohen chlorid gehalt und bei zugabe von wasserstoffperoxid. beim pH wert von 3,5 extremer als bei einem von 8,5 wahrscheinlich. habe aber auch wenn ich ohne H2O2 fahre eine bessere passivität der chromoxidschicht durch die NaOH was ich mir auch nicht erklären kann^^ schwiriges Thema und bin noch nicht einmal beim master^^

  ─   willeswissen 03.02.2021 um 10:57

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