塩化物イオンと鉄の錆び

Question

食塩の濃度が３％以下なら鉄は錆びやすい
３％以上なら鉄は錆びにくいと聞きました。
３％以上のときは塩化物イオンが水に溶けて水溶液中に酸素が存在しにくくなるので鉄が酸化しにくくなるとあったのですが、なんで酸素が存在しにくくなるのですか？

また、食塩の濃度＝塩化物イオンの濃度が３％以上または以下のとき、と考えてもいいのでしょうか？

DexMachina · Accepted Answer

No.2です。

> 酸素が水に溶けにくくなるってことは
> 錆びにくくなる≠腐食が止まるなので
> 鉄の電子は溶け出され続けるってことですよね？

「腐食が止まる＝鉄の電子の放出が止まる」になります。
少し混乱しているかもしれませんので(ただの書き間違いでしたらすみません)、下に
整理してみます。

・鉄は、空気中で徐々に酸化しますが、条件によっては酸化物が皮膜となることで、
　それ以上の酸化(≒腐食)が防がれる場合があります。
・鉄は、水素よりもイオン化傾向が大きいので、乾燥した空気中よりも、水が共存する
　場合の方が酸化しやすくなります。
　このときも、酸化皮膜ができることで、それ以上の酸化を防ぐ場合があります。
・酸素は酸化力があるため、これが溶けた水中の鉄は、より酸化されやすくなります。
・塩化物イオンは、鉄の酸化皮膜を溶かす(水に不溶性の酸化物を、水溶性の塩化物に
　変える)働きを持つので酸化皮膜をできにくくするので、鉄を腐食しやすくします。
　(ここで塩化物イオンが溶かすのは、あくまで「(酸化された(=電子を奪われた)後の)
　　酸化鉄としての鉄イオン」で、金属鉄ではないことに注意)
・一方で、塩化物イオンが存在すると、酸素分子は水に溶けにくくなるので、塩化物
　イオンがある濃度を超えると、それより薄い場合に比べて鉄は腐食しにくくなります。

これらのことから、「水・酸素・塩化物イオン」が共存できる「3％よりも薄い濃度の
食塩水中」で鉄は最もさびやすくなりますが、「飽和食塩水」に沈めた場合も、
全くさびない(或いは空気中よりもさびにくくなる)わけではありません。
(なお、「沈める」のではなく、皿のような薄い容器に、鉄が空気に触れるかどうかぐらい
　の量の食塩水を入れた場合は、たとえ液が飽和状態でも鉄と酸素が接触できるので、
　非常にさびやすくなります)

DexMachina · Answer

横レス失礼致します。

酸素分子や窒素分子、塩化物イオンはどは、水分子の隙間に入り込む形で溶解します。
そのため、それらが共存する場合は、その隙間の取り合いになります。
(但し、最大に溶かした場合に、水分子の隙間全てが埋まるわけではありません)

このとき、塩化物イオンは負電荷を持つため、水分子(の正電荷を帯びた水素原子)と
ある程度強く引き合うことができます。
そのため、塩化物イオンがある程度以上存在すると、酸素分子が水に溶け込もうと
しても、その隙間には既に塩化物イオンが入っていることになるので、水分子との
間の引力が弱い酸素分子は入り込むことができません。
(先に酸素が溶け込んでいるところに塩化物イオンを添加した場合は、塩化物イオン
　によって、酸素分子がその隙間から押し出される)

この結果、水溶液中には酸素が存在しにくくなります。


> 食塩の濃度＝塩化物イオンの濃度が３％以上または以下のとき

モル濃度の場合は「食塩の濃度＝塩化物イオンの濃度」になりますが、ここでの
濃度の単位は「％(恐らく重量％)」なので、あくまで食塩として3％ということでしょう。
(溶液100ml中に、食塩としては3g、塩化物イオンとしては約1.8gを含む、と)

storm50 · Answer

以前、実験したことがあるのですが、高濃度でもさびますよ。

塩化物イオンと鉄の錆び

No.2です。

横レス失礼致します。

以前、実験したことがあるのですが、高濃度でもさびますよ。

この回答への補足

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