金属の腐食についてこんがらがっています。

Question

腐食について数点質問があります。
例えば鉄の腐食だと、アノード側で酸化して、カソード側で還元反応を起こし、
それらが総合して腐食反応を起こすと聞きましたが、
酸化自体が錆びるということで腐食しているということではないのでしょうか？
また、酸化反応の際に電子が離脱しますよね。イメージとしてはその部分がぽっかり穴が開くといった感じでしょうか？
離脱した電子によってカソード側では水酸化物ができ、その水酸化物が金属に付着し、腐食するんですが腐食の際、錆は
アノード側の電子がなくなってぽっかり穴が開いた場所にできるのでしょうか？
もしそうだとしたら鉄の防錆として鉄よりもイオン化傾向が大きい亜鉛をめっきした際は亜鉛が先に酸化し、仮に鉄の酸化が起こったとしても
亜鉛の酸化で発生した電子は鉄の酸化によってぽっかりあいた穴に移動し、開いた穴を修復みたいなことを起こしますか？つまり腐食過程を途中で食い止めるみたいな感じのことが起こりますか？
長くなりましたがよろしくお願いします。
わからない部分は補足いたしますので・・・・

toboke · Accepted Answer

イメージとして結構いいセンを行っていると思います。

アノード側では鉄が２価のイオンとして溶け出して、電子が金属鉄側に残ることになります。したがって、「穴」は鉄イオンの溶け出した跡と考えればよいと思います。
アノード側では電子がなくなるのではなくて、むしろそこに残ります。
不純物のある金属ではアノードになりやすい部分とカソードになりやすい部分があるそうですが、残った電子は導体である金属鉄を通ってカソードサイトまで移動します。
そこで水と反応して水素が発生して水酸化物イオンができたり、あるいはこれがほとんどでしょうが、電子が水と溶存酸素と反応して水酸化物イオンができたりします。
このように腐食は局部電池反応ですので、アノード側が負極になります。

鉄イオンと水酸化物イオンで水酸化鉄ができることになります。さらにこの水酸化鉄は溶存酸素と反応して３価の水酸化鉄になり、最終的にさびになります。

亜鉛については、お書きになられていることはまさに犠牲電極として使われるカソード防食そのものですね。

ぐぐったら下のようなページがありました。

参考URL：http://www.chem.iwate-u.ac.jp/web/lab/kumagai/corros.reviw/rust.html

noname#21649 · Answer

表面反応で抜けている部分があります。
最初に.金属表面と空気との反応として
M+O2→ MO-- (係数は適当に合わせてください。ただし金属の電荷の変化はなく.共に０かなので.参加還元反応ではありません)
M+h2O → MOH-(上同)
と生成した金属化合物が.電気科学反応を起こす場合と単なる科学反応がおぎるばあい(既に回答があるので省略)とたんなる物理現象(溶解等)が起こる場合があります。
電気化学反応では.中間タイが度のようになろうとも最初と最後で考えますから.中間タイを省略して.既に有るような反応になります。

通常金属表面に水や水産機があると.水に向かって金属塊から金属原子(実際には電子を共有しているのでイオンです)が移動します。通常出ないのは.たとえば900どくらいのマンガンの塊。こちらは.きんぞくちゅう深部に向かって酸素が移動します。

ですから.穴に移動するのではなく.金属原子が金属平面から飛び出した状態(周りを水などがかこんでいる)になって.
サンか還元反応がおこります(ただし.これを直接測定した人はいない。近年は不明)。

DexMachina · Answer

> 酸化自体が錆びるということで腐食しているということではないのでしょうか？

「発酵」と「腐敗」ではないですが、
「金属の酸化」のうち、地金の深部まで侵蝕していく等、
望ましくないものが「腐食」、とイメージされてはいかがでしょうか。
(アルマイトの陽極酸化のように、金属表面に強固な酸化被膜をつくる場合は、
　「酸化」ではあっても「腐食」ではない、と)


> イメージとしてはその部分がぽっかり穴が開くといった感じでしょうか？

例えば鉄が空気中の酸素で酸化される場合で考えると、
鉄が酸素に電子を奪われると同時に、電子を奪った側の酸素が
そこに居座り(結合し)ます。
負電荷を帯びた電子が離れた代わりに、その電子を奪ったことで
負電荷を帯びた(=イオン化した)酸素がくっつく、という感じです。

なお、鉄原子から鉄イオンになると、その大きさが若干変わります。
酸素とうまく結合して、サイズ変化による隙間が埋まればよいのですが、
これが埋まらない場合は、鉄内部にまで酸化が進んでいくことになります。
また、水が共存する場合は、さらに鉄イオンの溶出も起こるので、
さらに腐食が進みやすくなります。
(この場合は、実際に「穴」になるといっていいかと思います)


> 腐食過程を途中で食い止めるみたいな感じのことが起こりますか？

酸素共存下の水中で鉄が酸化を受けると、

　　2Fe　＋　2H2O　＋　O2　→　2Fe^2+　＋　4OH^-　→　2Fe(OH)2

のような反応が起きます。
(注意 : 簡単にするため、2価の鉄で代表させています)

このとき、鉄よりイオン化傾向の大きい亜鉛が、この鉄と水とに接触していると、
亜鉛がイオン化し、生じた電子が鉄に移動します。

　　Zn　→　Zn^2+　＋　2e^-
　　Fe^2+　＋　2e^-　→　Fe

つまり、酸化されてイオンになったはずの鉄が、亜鉛によって再び金属に戻される
わけです。
一方、鉄イオンと結合するはずだったOH^-は、鉄が正電荷を帯びなくなったため、
代わりに正電荷を帯びた亜鉛イオンのところまで、水中を移動していきます。
(→ですので、(穴は開きませんが)「錆はアノード側の電子がなくなっ(中略)た場所に
　できる」という理解で問題ないと思います)

　　Zn^2+　＋　2OH^-　→　Zn(OH)2

このような反応により、通常であれば腐食が進みやすい水共存下で、
鉄はむしろ逆に、亜鉛によって還元を受けることができるため、
亜鉛メッキした鉄(いわゆるトタン)では、傷がついて雨ざらしになっても
腐食が進みにくくなっています。
(水がない場合は、電子を奪った相手(イオン化した酸素など)が亜鉛の方に
　移動するといったことはできないため、上記のような機構は働きません。
　ただ、鉄は元々乾燥した空気中ではそれなりに安定なので、
　乾燥状態で亜鉛に保護されないことは、特に問題になりません)

chie65536 · Answer

「酸化」とは「何かが酸素と結び付く事」ですので、酸素の存在を抜きにして考えてはいけません。

酸素の存在が思考からぽっかり抜けているから、こんがらがっているのではないでしょうか？

金属の腐食についてこんがらがっています。

イメージとして結構いいセンを行っていると思います。

表面反応で抜けている部分があります。

> 酸化自体が錆びるということで腐食しているということではないのでしょうか？

「酸化」とは「何かが酸素と結び付く事」ですので、酸素の存在を抜きにして考えてはいけません。

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