Ein frisch geschnittener Apfel wird braun, ein Fahrradkotflügel rostet und ein Kupfergroschen wird plötzlich grün. Was haben all diese Ereignisse gemeinsam? Sie alle sind Beispiele für einen Prozess namens Oxidation.
Oxidation ist definiert als die Wechselwirkung zwischen Sauerstoffmolekülen und all den verschiedenen Stoffen, mit denen sie in Kontakt kommen können, vom Metall bis zum lebenden Gewebe. Technisch jedoch wurde die Oxidation mit der Entdeckung der Elektronen genauer definiert als der Verlust von mindestens einem Elektron, wenn zwei oder mehr Substanzen wechselwirken. Diese Substanzen können Sauerstoff enthalten oder nicht. (Das Gegenteil von Oxidation ist übrigens die Reduktion – die Zugabe von mindestens einem Elektron, wenn Substanzen miteinander in Kontakt kommen.) Manchmal ist die Oxidation nicht so schlimm, wie bei der Bildung von superhaltbarem eloxiertem Aluminium. In anderen Fällen kann die Oxidation zerstörerisch sein, wie zum Beispiel das Rosten eines Autos oder das Verderben von frischem Obst.
Wir haben die Wörter Oxidation und Rost oft synonym verwendet, aber nicht alle Materialien, die mit Sauerstoffmolekülen interagieren, zerfallen tatsächlich zu Rost. Im Fall von Eisen erzeugt der Sauerstoff einen langsamen Verbrennungsprozess, wodurch die spröde braune Substanz entsteht, die wir Rost nennen. Wenn Kupfer dagegen oxidiert, ist das Ergebnis eine grünliche Beschichtung, die als Kupferoxid bezeichnet wird. Das Metall selbst wird nicht durch Oxidation geschwächt, jedoch entwickelt die Oberfläche nach jahrelanger Einwirkung von Luft und Wasser eine Patina.
Wenn es um Sauerstoff geht, hängt der Oxidationsprozess von der Sauerstoffmenge in der Luft und der Art des Materials ab, das sie berührt. Echte Oxidation findet auf molekularer Ebene statt – wir sehen nur die großräumigen Auswirkungen, da der Sauerstoff freie Radikale auf der Oberfläche auflöst. Bei frischem Obst bildet die Schale meist eine Oxidationsbarriere. Aus diesem Grund kommen die meisten Obst- und Gemüsesorten in gutem Zustand im Lebensmittelgeschäft an. Sobald die Haut jedoch aufgebrochen ist, kommen die einzelnen Zellen in direkten Kontakt mit Luft und die Sauerstoffmoleküle beginnen, sie zu verbrennen. Das Ergebnis ist eine Form von Rost, die wir als bräunliche Flecken oder Schönheitsfehler sehen.
Auch die Oxidation kann für Autobesitzer zum Problem werden, da die äußersten Lackschichten ständig Luft und Wasser ausgesetzt sind. Wenn die Außenlackierung des Autos nicht durch eine Wachsbeschichtung oder Polyurethan geschützt ist, beginnen die Sauerstoffmoleküle in der Luft schließlich mit dem Lack zu interagieren. Da der Sauerstoff die im Lack enthaltenen freien Radikale verbrennt, wird die Lackierung stumpfer und stumpfer. Restaurierungsarbeiten können das Entfernen mehrerer Schichten betroffener Farbe und das erneute Auftragen einer neuen Schutzschicht umfassen. Aus diesem Grund empfehlen professionelle Autopfleger, bei jeder Fahrzeugwäsche mindestens eine Schicht Wachs oder ein anderes Schutzmittel zu verwenden.
Das Geheimnis der Verhinderung der durch Sauerstoff verursachten Oxidation besteht darin, eine Schutzschicht zwischen dem exponierten Material und der Luft bereitzustellen. Dies kann eine Wachs- oder Polyurethanbeschichtung auf einem Auto, eine Farbschicht auf Metallgegenständen oder ein schnelles Sprühen eines Antioxidans wie Zitronensaft auf freiliegende Früchte sein. Eine destruktive Oxidation kann nicht auftreten, wenn der Sauerstoff eine Oberfläche nicht durchdringen kann, um die freien Radikale zu erreichen, nach denen er sich sehnt.
Deshalb rostet Edelstahl nicht und gewöhnlicher Stahl schon. Der Edelstahl hat eine dünne Beschichtung aus einem anderen Metall, das keine freien Radikale enthält. Normaler Stahl kann zum Schutz vor Oxidation lackiert werden, aber Sauerstoff kann dennoch jede noch so kleine Öffnung ausnutzen. Aus diesem Grund kann es vorkommen, dass ein lackiertes Metallfahrrad noch durch Rost beschädigt ist.