Potenzial-pH-Diagramme (Pourbaix-Diagramme) helfen Forschenden vorherzusagen, welcher Korrosions- oder Oxidationszustand bei einem gegebenen Elektrodenpotenzial und Lösung-pH thermodynamisch begünstigt ist. Indem sie die Testbedingungen im Diagramm verorten, können Forschende erkennen, ob ein Metall wahrscheinlich metallisch bleibt (Immunität), sich als lösliche Ionen auflöst (aktive Korrosion) oder einen unlöslichen Oxid- oder Hydroxidfilm bildet (Passivierung). Die Überlagerung der Wasserstabilitätsgrenzen zeigt außerdem, ob Wasserstoff- oder Sauerstoffentwicklung mit den Metallreaktionen konkurrieren kann.
Ein Pourbaix-Diagramm ist eine thermodynamische Karte und keine direkte Messung der Korrosionsrate. Es definiert die wahrscheinliche stabile Phase unter bestimmten pH- und Potenzialbedingungen, während Kinetik, Filmeigenschaften, Stofftransport und Lösungschemie bestimmen, wie schnell und zuverlässig dieser Zustand erreicht wird.
Wie Pourbaix-Diagramme das Korrosionsverhalten abbilden
Potenzial und pH-Wert bestimmen die Testposition
Die vertikale Achse repräsentiert das Elektrodenpotenzial, üblicherweise bezogen auf die Normalwasserstoffelektrode (NHE). Die horizontale Achse repräsentiert den pH-Wert, der die Acidität oder Alkalität der wässrigen Umgebung erfasst.
Jede Kombination aus Potenzial und pH-Wert entspricht einer Position im Diagramm. Diese Position liegt in einem Stabilitätsbereich, der einer metallischen Phase, gelösten Ionen oder einer Oxid- oder Hydroxidverbindung zugeordnet ist.
Stabilitätsbereiche identifizieren begünstigte Spezies
Bei einem Metall wie Eisen können verschiedene Bereiche die Stabilität anzeigen von:
- Elementarem Eisen, entsprechend Immunität gegenüber thermodynamisch begünstigter Auflösung.
- Löslichen Ionen, wie Fe²⁺ oder Fe³⁺, entsprechend aktiver Korrosion.
- Unlöslichen Hydroxiden oder Oxiden, wie Fe(OH)₂ oder Fe(OH)₃, entsprechend möglicher Passivierung.