Chemie: Korrosion, Kunststoffe und Aromaten

• Chemie umfasst die Untersuchung von Korrosion, Kunststoffen, Aromaten, chemischen Reaktionen von Kunststoffen, Korrosionsmechanismen, aromatischen Verbindungen, Einsatz von Kunststoffen und Korrosionsschutz.

Korrosion

• Korrosion ist die Zerstörung von Materialien durch chemische Reaktionen mit ihrer Umgebung.
• Betrifft hauptsächlich Metalle, kann aber auch andere Werkstoffe betreffen.
• Korrosion ist ein natürlicher Prozess, der darauf abzielt, Metalle in ihren stabileren oxidierten Zustand zurückzuführen.
• Beispiele sind Rostbildung bei Eisen oder Grünspanbildung bei Kupfer.
• Korrosion kann erhebliche wirtschaftliche Auswirkungen haben, indem sie Infrastruktur, Fahrzeuge und Ausrüstung beschädigt.

Korrosionsmechanismen

• Chemische Korrosion: Direkte Reaktion eines Metalls mit einem nichtmetallischen Stoff, z.B. Oxidation.
• Elektrochemische Korrosion: Findet in Gegenwart eines Elektrolyten statt und beinhaltet Anoden- und Kathodenreaktionen.
• Sauerstoffkorrosion: Eisen reagiert mit Sauerstoff und Wasser zu Rost (Eisenoxidhydrat).
• Säurekorrosion: Metalle werden in saurer Umgebung aufgelöst, wobei Wasserstoff freigesetzt wird.
• Lokale Korrosion: Ungleichmäßige Korrosion, wie z.B. Lochfraß, Spaltkorrosion oder interkristalline Korrosion.
• Spannungsrisskorrosion: Korrosion unter Zugspannung, die zu Rissen im Material führt.
• Bimetallische Korrosion: Korrosion, die auftritt, wenn zwei unterschiedliche Metalle in einem Elektrolyten miteinander in Kontakt stehen.

Korrosionsschutz

• Beschichtungen: Auftragen von Schutzschichten wie Farbe, Lack oder Metallüberzüge (z.B. Verzinken, Verchromen).
• Legierungsbildung: Hinzufügen von Legierungselementen, die die Korrosionsbeständigkeit verbessern (z.B. Edelstahl).
• Kathodischer Schutz: Anbringen einer Opferanode oder Anlegen einer externen Spannung, um die Korrosion des zu schützenden Metalls zu verhindern.
• Inhibitoren: Chemische Substanzen, die der Umgebung zugesetzt werden, um die Korrosionsrate zu verringern.
• Änderung der Umgebungsbedingungen: Reduzierung der Feuchtigkeit oder des Salzgehalts in der Umgebung.
• Konstruktive Maßnahmen: Vermeidung von Spalten oder stehendem Wasser, das Korrosion fördern kann.

Kunststoffe

• Kunststoffe sind synthetische oder halbsynthetische organische Polymere.
• Bestehen aus langen Ketten von Monomeren, die durch chemische Bindungen verbunden sind.
• Können durch verschiedene Verfahren wie Polyaddition, Polykondensation oder Polymerisation hergestellt werden.
• Thermoplaste: Können durch Erhitzen wiederholt erweicht und verformt werden (z.B. Polyethylen, Polypropylen, PVC).
• Duroplaste: Härten bei der ersten Erwärmung irreversibel aus und behalten ihre Form (z.B. Epoxidharze, Phenolharze).
• Elastomere: Besitzen elastische Eigenschaften und können sich nach Verformung wieder in ihre ursprüngliche Form zurückbilden (z.B. Gummi, Silikon).

Chemische Reaktionen von Kunststoffen

• Polymerisation: Monomere verbinden sich zu langen Polymerketten.
• Abbau: Kunststoffe können durch Umwelteinflüsse wie UV-Strahlung, Wärme oder chemische Substanzen abgebaut werden.
• Additive: Zugabe von Stoffen zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften, z.B. Weichmacher, Stabilisatoren, Farbstoffe.
• Vernetzung: Verknüpfung von Polymerketten, um die Stabilität und Festigkeit zu erhöhen (hauptsächlich bei Duroplasten und Elastomeren).
• Reaktion mit Säuren und Basen: Einige Kunststoffe können durch Säuren oder Basen angegriffen oder zersetzt werden.
• Oxidation: Kunststoffe können durch Sauerstoff abgebaut werden, insbesondere bei hohen Temperaturen oder unter UV-Strahlung.

Einsatz von Kunststoffen

• Verpackung: Folien, Behälter, Flaschen.
• Bauwesen: Rohre, Fensterprofile, Dämmstoffe.
• Automobilindustrie: Innenraumverkleidungen, Stoßfänger, Armaturenbretter.
• Elektronik: Gehäuse, Leiterplatten, Kabelisolierungen.
• Medizin: Spritzen, Katheter, Prothesen.
• Textilien: Synthetische Fasern wie Polyester oder Nylon.
• Haushaltswaren: Möbel, Küchengeräte, Spielzeug.

Aromatische Verbindungen

• Aromatische Verbindungen sind organische Verbindungen, die einen oder mehrere aromatische Ringe enthalten.
• Der bekannteste Vertreter ist Benzol (C6H6), ein sechsgliedriger Ring mit alternierenden Einfach- und Doppelbindungen.
• Erfüllen die Hückel-Regel (4n+2 π-Elektronen), was zu einer besonderen Stabilität führt.
• Sind planar und cyclisch.
• Chemische Reaktionen: Elektrophile aromatische Substitution (z.B. Halogenierung, Nitrierung, Sulfonierung, Alkylierung, Acylierung).

Aromaten

• Aromaten sind Stoffe, die einen oder mehrere aromatische Ringe in ihrer Struktur enthalten.
• Viele Aromaten haben einen charakteristischen Geruch, daher der Name.
• Benzol ist ein wichtiger Ausgangsstoff für die Herstellung vieler anderer aromatischer Verbindungen.
• Beispiele: Toluol, Xylol, Phenol, Anilin, Benzoesäure.
• Verwendung als Lösungsmittel, Ausgangsstoffe für Kunststoffe, Farbstoffe, Pharmazeutika und Pflanzenschutzmittel.