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なぜ?アルカリだと鉄などは、さびにくいのですか?

A 回答 (3件)

こんばんは



ステンレスは「サビているからサビない」というのはご存じでしょうか?
表面がごく薄い(数nm)のサビが酸素の侵入を防ぎます。
ただ、鉄のサビが被膜を作るのではなく、添加物であるクロムのサビが被膜を作ります。
「ステンレス=サビない」は実はサビています。極薄のサビがサビの進行を防いでいます。

>アルカリだと鉄などは、さびにくいのですか?
アルカリの溶液で100~150℃ですと、鉄の表面に数μmの四三酸化鉄の被膜が出来ます。
「くろぞめ」として、サビ防止に使われています。
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金属は全て陽イオンになりやすい性質を持ちます。


それをイオン化傾向といい、強い順に並べると
K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>Ni>Sn>Pb>H2>Cu>Hg>Ag>Pt>Au
となります。

鉄や亜鉛はH2よりもイオンになりやすいので、酸性の溶液中
のH+に電子を与えてイオンになります。
また、イオンになりやすい金属は空気中の酸素に対しても
電子を与えて酸化されやすいといえます。
これが錆びるということです。
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サビは酸化鉄だから。


鉄が酸化することが「サビる」だから。

アルカリでは酸化しないから。
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この回答へのお礼

ありがとうございました

お礼日時:2010/06/23 21:27

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一般に金属の錆をとるには酸で洗浄すると言う方法が知られていますが、酸以外で化学的に錆を除去するためには、還元型漂白剤(ハイドロハイター、ハイポ、ハイドロサルファイト)などで洗浄して錆を除去することはかのうなのでしょうか?

初心者的質問ですいません。ご存知の方教えてください。

Aベストアンサー

こんにちは。
金属酸化物を還元して元の金属にする、という方法はない事はないです。
ただ、非常に強い還元力が必要なので、錆び落としではなく、金属その物を作る精錬で行われています。

錆び取りに使えない理由はもう一つあって、錆びというのは、金属本体から剥離してかなり多孔質な状態になっています。
この状態で還元しても金属のスポンジみたいな状態になってしまって、元の滑らかな金属表面にはなりません。

例えば、化学の実験でよくやるのが、酸化銅2を加熱して水素ガスを通して還元して金属銅を得る実験をしますが、ピカピカの銅にはなりません。

ご質問であげられた還元剤で金属酸化物を還元するには力が弱すぎると思います。

Q鉄錆びと不動態皮膜について

鉄錆びと不動態皮膜について教えてください。
鉄の不動態皮膜はFeOOH(オキシ水酸化鉄)やFe2O3などの鉄化合物で構成されていると知りました。
しかし、FeOOHが低い導電性であるのに対してFe2O3は非常に導電性が高く、内部の鉄から電子が比較的自由に表面に流れることができます。よって、Fe2O3を通して
Fe -->Fe2+ + 2e-
の反応で生成した電子がFe2O3の表面で酸素に受け取られることが可能だと思います。

つまり、内部の鉄の腐食(Fe2+の生成)は進行し続けることが可能だと思います。

この考えのどこが間違っているのでしょうか?

Aベストアンサー

簡略化した図で説明してみます。
(ブラウザ上で見にくい場合は、メモ帳などに貼付後、適当なフォントに
 変えてみて下さい:こちらは「MS GUI Gothic」で確認)

●:酸化皮膜
○:金属鉄
◆:鉄イオン
△:放出電子

1)酸化皮膜で保護された状態
 ●●●●●
 ●○○○●
 ●○○○●
 ●○○○●
 ●●●●●

2)(仮に)鉄の一部が電子を放出
 ●●●●●
 ●○○○●
 ●○○◆●△
 ●○○○●
 ●●●●●
→電子を放出した分、内部は正電荷が過剰な状態

3)周り全てが酸化皮膜に覆われているため、正電荷を打ち消すには
 一旦放出された電子(又は代わりの電子)を再度取り込むしかない
 ●●●●●
 ●○○○●
 ●○○○●
 ●○○○●
 ●●●●●
→結果として、元の状態に戻る(=平衡)

つまり、電子を放出した後は、正電荷が打ち消される必要があるわけ
ですが、表面全体が緻密な酸化皮膜で覆われていると、その相殺は
電子でしか行えない、ということです。
(酸化皮膜が緻密であれば、電子以外の負電荷(陰イオン)は、内部
 に生じた鉄イオンと対になれないため、相殺できない、と)


仮に、一部が酸化皮膜で覆われていない場合は、電子だけではなく
何らかの陰イオンによっても「正電荷の相殺」が可能になるため、
腐食が進行することになります。

2')鉄の一部が酸化(下面に酸化皮膜に覆われていない部分あり)
 ●●●●●
 ●○○○●
 ●○○◆●△
 ●○○○●
 ●●○○●

3')鉄内部で電荷が移動
 ●●●●●
 ●○○○●
 ●○○○●△
 ●○○○●
 ●●○◆●

4')表面に現れた鉄イオンと外部の陰イオン(×)が対となる(→電荷相殺)
 ●●●●●
 ●○○○●
 ●○○○●△
 ●○○○●
 ●●○  ●  ◆・×(溶出)
 →酸化皮膜に覆われていない下面で、腐食が進行


※この機構での保護は、放出電子が、酸化皮膜上で「自由電子」となる
 場合に限られます。
 (放出電子が「表面の酸化皮膜を還元」してしまうような状態になる
  金属の場合は、実質酸化皮膜で覆われていないのと同じ、と)
 (ステンレスのクロムによる保護も、クロムの方が酸化しやすく、鉄では
  酸化クロムを還元できないために、より効果的に保護できている・・・
  ということかもしれません:
  あくまで個人的推測・憶測ですが(汗))

簡略化した図で説明してみます。
(ブラウザ上で見にくい場合は、メモ帳などに貼付後、適当なフォントに
 変えてみて下さい:こちらは「MS GUI Gothic」で確認)

●:酸化皮膜
○:金属鉄
◆:鉄イオン
△:放出電子

1)酸化皮膜で保護された状態
 ●●●●●
 ●○○○●
 ●○○○●
 ●○○○●
 ●●●●●

2)(仮に)鉄の一部が電子を放出
 ●●●●●
 ●○○○●
 ●○○◆●△
 ●○○○●
 ●●●●●
→電子を放出した分、内部は正電荷が過剰な状態

3)周り全てが酸化皮膜に覆われているため、正電荷を打ち消すには
 一旦放出された電子(又は代わりの電...続きを読む

Qサンポールが鉄の赤錆を剥がす原理を教えてください

今バイクのガソリンタンクをサンポールで洗浄し、赤錆を取り除く作業にトライしています。
前段階の実験として真っ赤に錆びた針金(工事現場の足場などで使われている軟鉄)をサンポールの原液、希釈液=原液2:水1、1:1、1:2の4通りに10分間浸して、原液または原液2:水1の時、良好な結果の得られることがわかりました。この後は重曹水で中和処理をしておくことが必要なのも検証しています。
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ちなみに塩酸と重曹の反応だったらHCl+NaHCO3→NaCl+CO2+H2Oで塩と二酸化炭素と水ができるから処理水を下水に流しても無害だなと理解しているほどの者です。

今バイクのガソリンタンクをサンポールで洗浄し、赤錆を取り除く作業にトライしています。
前段階の実験として真っ赤に錆びた針金(工事現場の足場などで使われている軟鉄)をサンポールの原液、希釈液=原液2:水1、1:1、1:2の4通りに10分間浸して、原液または原液2:水1の時、良好な結果の得られることがわかりました。この後は重曹水で中和処理をしておくことが必要なのも検証しています。
ところでサンポールは塩酸が主成分なので、酸で錆び=酸化鉄が取り除ける→鉄が甦る原理があることを目の前に...続きを読む

Aベストアンサー

別に酸化鉄が鉄に戻ったわけではありません。酸化鉄が溶けただけです。溶けた下から酸化されていない鉄が出てきただけです。当然、サビがひどければ鉄は薄くなります。

Fe203 + 6 HCl → 2FeCl3(水溶性) + 3 H2O

重曹水で処理するのは酸が残っていると、鉄が溶けてさびやすくなるからです。

Q強アルカリ性の液体を肌につけるとどうなる?

弱酸性は肌に優しいですが、強アルカリ性のものを、肌に長い時間つけていると肌はどんな状態になるのでしょうか?

教えてください。m(_ _)m

Aベストアンサー

仕事柄 強アルカリ(KOH等)を大量に使います。
基本的に完全防衣で作業しますが、液ハネは起こりうる事です。
皮膚に付着して すぐならば 水洗 洗浄でほぼ無傷ですが、
長時間付着した場合 皮膚の蛋白質が冒されて 皮膚の内部まで
アルカリが浸透します。 最悪の場合皮膚移植も有ります。
毛穴に入ると除去しにくく 皮膚が黒変します。
人間の皮膚は、アルカリに弱いのですぐに冒されます。

私も皮膚の表面は アルカリで何度も溶かしてますけどね。
指の指紋が薄くなってます。 
 

Q鉄が錆びる仕組み

鉄が錆びる仕組みについて調べました。
これまでのところ、以下のような理解です。

□鉄さび = 酸化鉄。
□化学式は Fe(OH)3
・しかし、さびといっても、他にも種類はあるらしい。
□乾燥した状態では、鉄は酸素と勝手に化合したりしない。

□水が鉄の表面につくと、以下の反応が始まる。
・水に、大気中の二酸化炭素が溶けて、酸性(電解質)になる。
・そのため、鉄がイオン化する。(とける)Fe2+ 
・一方、水は酸素と水素に分離する。 H、O
・そして、水の中で、これらがくっつく。 Fe(OH)3

(1)【以上の理解で、正しいでしょうか・・?】
(2)【水が酸素と水素に分離する、というくだりが微妙です。水って、そんなに簡単に、分離してしまうものなんですか?なんらかの刺激はひつようないのでしょうか?】

■また、以下のサイトも調べました。
http://www.sofutemu.co.jp/page1.html
その結果、新しい事実!として、以下のようなことが書いてありました。

・鉄鋼(鉄のことと考えます)は、エネルギーの強い部分と弱い部分がある。
・水がつくと、”反応が起こり、エネルギーの移動が始まる”。
(強い部分から、弱い部分に、エネルギーが移動する)
・弱い部分に、エネルギーをあげた”強い部分”は、安定するために、OやHと結びつく。

 おそらく、以上二つの説明は、同じことを別の言い方で説明しているのでしょうが、、、 

(3)【”反応が起こりエネルギーの移動が始まる”・・・の部分を、もう少し詳しく知りたいと思いました・・。】

(4)【もしも自分に理解できるならば、「一体、強い部分、弱い部分とはなんだ?」ということも、知りたいと思いました。】



 もしも、ご存知の方がいましたら、どうぞよろしくお願いします!

鉄が錆びる仕組みについて調べました。
これまでのところ、以下のような理解です。

□鉄さび = 酸化鉄。
□化学式は Fe(OH)3
・しかし、さびといっても、他にも種類はあるらしい。
□乾燥した状態では、鉄は酸素と勝手に化合したりしない。

□水が鉄の表面につくと、以下の反応が始まる。
・水に、大気中の二酸化炭素が溶けて、酸性(電解質)になる。
・そのため、鉄がイオン化する。(とける)Fe2+ 
・一方、水は酸素と水素に分離する。 H、O
・そして、水の中で、これらがくっつく。 Fe(OH)3
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Aベストアンサー

少々間違っておられます。
おっしゃる通り、純鉄は乾いた空気中では錆びません。

湿った空気中では、いわゆる「赤錆」という錆ができます。
まず、鉄の表面に微小な水滴が付着します。
その水滴の中に酸素が溶け込んで陽極と陰極ができ「局部電池」が形成され、Fe2+ イオンが溶出します。
恐らくそのサイトの「エネルギーの強い部分と弱い部分……」のくだりは局部電池の陽極と陰極のことでしょう。
(局部電池が分からなければ検索してみてください)
その結果鉄はオキシ水酸化鉄(III) FeO(OH) や酸化鉄(III) Fe2O3 といった三価の鉄化合物になります。
これがどんどん剥がれて内部の鉄がむき出しになって……と繰り返されるのです。
penichiさんは水酸化鉄(III) Fe(OH)3 ができると言っておられますが、実際にはそのような化合物は存在しません。
速やかに脱水してオキシ水酸化鉄(III)になると考えられます。
また、水滴中に塩化物イオン Cl- や硫酸イオン SO4 2- などのイオンが存在すると、錆びはかなり早く進行します。

また、「黒錆」という黒い錆があるのをご存知ですか?
これは酸化鉄(II,III)または四酸化三鉄 Fe3O4 と呼ばれる鉄の酸化物の一種です。
この錆はかなり緻密で、ちょっとやそっとでは剥がれないので内部の鉄を保護してくれます。
その結果鉄の錆びがストップします。言ってみれば「いい錆」なんですね。
鉄釘や鉄鍋がそう簡単に錆びないのはこの錆のおかげです。

少々間違っておられます。
おっしゃる通り、純鉄は乾いた空気中では錆びません。

湿った空気中では、いわゆる「赤錆」という錆ができます。
まず、鉄の表面に微小な水滴が付着します。
その水滴の中に酸素が溶け込んで陽極と陰極ができ「局部電池」が形成され、Fe2+ イオンが溶出します。
恐らくそのサイトの「エネルギーの強い部分と弱い部分……」のくだりは局部電池の陽極と陰極のことでしょう。
(局部電池が分からなければ検索してみてください)
その結果鉄はオキシ水酸化鉄(III) FeO(OH) や酸化鉄(I...続きを読む

Q水酸化ナトリウム水溶液のpH値について教えてください。

水酸化ナトリウム水溶液のpH値について教えてください。

まず、2%水酸化ナトリウム水溶液とは、2%の水酸化ナトリウムの入った水溶液でよろしいんですよね?
4gの水酸化ナトリウムの入った水溶液のpH値はpH10ということは分かったのですが、
計算すると0.4%水酸化ナトリウム水溶液ということでいいのでしょうか?

またさらにこれを水(pH7とした場合)で薄めた場合のpH値の計算方法も教えてください。

初歩的な質問で申し訳ありませんが、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

計算自体は良いかと思います。

ということで気付いたことを2つほど。

・解答の記述方法にも気を配りましょう

記述式の解答を書く場合、読んでもらう人がいるということを忘れないで下さい。
たとえばはじめの方で書いていなかった水溶液の体積(1L)もそうですが、
質問者様にとっては記述の必要のないくらい当たり前のこと
と思っても、読んでいる人からすると飛躍している印象があるところがあります。
また、読んでもらうような代物でないとしても、あまりにも省略すると
自分で記述していて自分で勘違いすることもあります。

例えば、
> 水酸化ナトリウムは40g/molなので、4gだと0.1mol。  …1
> mol濃度は0.1/1で0.1。 …2
> pOH=log(1/mol濃度)で1  …3
> pH=14-pOHで13.0  …4

2行目で計算しているのは何のモル濃度でしょうか?また単位は何ですか?
3行目でpOHを計算しているところを見ると、2行目ではOH-のモル濃度を
計算しているようですが、そうすると、一つ重要なことを書き忘れています。
水酸化ナトリウムのモル濃度とOH-のモル濃度は一致するのでしょうか、
ということです。
また3行目の式で、(1/mol濃度)と表記していますが、自分は初見では
1/molという単位に換算した濃度と読めてしまい、これは何を意味しているのだろう?
と思ってしまいました。実際にはモル濃度の逆数のことを意味しているのでしょうけれど、
式の中に言葉があるのは不自然です。そしてこれについては(1/x)として
式の外に(x…OH-のモル濃度)と記したほうが読む方の勘違いは少なくなりますよね。

・この問題の有効数字はいくつですか?

log2なりlog5なりを電卓で出せば、数字は何桁か出てきます。
でもそこまでの桁数で表記しなければならないものなのでしょうか。
逆に、pH=13.69897と書いていますが、最後の桁の数字まで信憑性のある
数字なのでしょうか?時間があれば、そのあたりも考えてはいかがでしょうか。

計算自体は良いかと思います。

ということで気付いたことを2つほど。

・解答の記述方法にも気を配りましょう

記述式の解答を書く場合、読んでもらう人がいるということを忘れないで下さい。
たとえばはじめの方で書いていなかった水溶液の体積(1L)もそうですが、
質問者様にとっては記述の必要のないくらい当たり前のこと
と思っても、読んでいる人からすると飛躍している印象があるところがあります。
また、読んでもらうような代物でないとしても、あまりにも省略すると
自分で記述していて自分で勘違いす...続きを読む

Q自由研究 水溶液中の鉄釘 重曹水では錆びない

水道水、10%食塩水、20%食塩水、10%砂糖水、10%重曹水の中に完全につけて鉄釘の錆び具合を調べました。5種類で、常温と冷蔵庫の中と、温度差がでるようにもしました。
7時間後、水道水>10%砂糖水>10%食塩水の順で赤錆が出て、20%食塩水にはほとんど見られず、10%重曹水にはまったく出ていませんでした。 冷蔵庫に入れた分が錆びかたは少なかったのですが、順序は同じでした。 どうして重曹水では錆びなかったのか、どうして食塩水より砂糖水のほうがよくさびたのかわかりません。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

水や食塩水などに完全につけた場合、水に溶けた酸素は、その錆びやすさを左右する大きな原因のひとつです。

水に溶けた酸素は、水の中の小さな隙間に入り込んでいるような状態なのですが、食塩や砂糖を入れると、これに押し出されるようになって、溶けていられなくなります。

この「酸素を追い出す効果」は、「砂糖や食塩のグラム数」よりも「砂糖や食塩の粒(分子やイオン)の数」が効いてきます。
砂糖と塩では、食塩の方が一粒当たりの重さは小さいため、砂糖と食塩をそれぞれ同じグラム数で比較すると、食塩の方が何倍も粒子の数が多いのです。
(水に溶かした状態では約10倍以上にもなります)

このため、同じ10%で比べると、砂糖の方が粒子の数としては圧倒的に数が少ないので、その分、酸素が多く溶けていられます。
その結果、10%砂糖水の方が錆びやすくなるのです。

一方、重曹は、粒の数は食塩とあまりかわらないため、酸素の量もそんなにかわりません。
この場合の錆び方に差が出る原因は、液のpHにあります。
一般的に、鉄はアルカリ性よりも中性の方が、また中性よりも酸性の方が、錆びやすいのです。

リトマス紙などのpH試験紙があればわかりますが、重曹水は弱アルカリ性です。
このため、酸素の量が同じくらいであっても、重曹水はアルカリ性だったため、錆びなかったのです。

水や食塩水などに完全につけた場合、水に溶けた酸素は、その錆びやすさを左右する大きな原因のひとつです。

水に溶けた酸素は、水の中の小さな隙間に入り込んでいるような状態なのですが、食塩や砂糖を入れると、これに押し出されるようになって、溶けていられなくなります。

この「酸素を追い出す効果」は、「砂糖や食塩のグラム数」よりも「砂糖や食塩の粒(分子やイオン)の数」が効いてきます。
砂糖と塩では、食塩の方が一粒当たりの重さは小さいため、砂糖と食塩をそれぞれ同じグラム数で比較すると、...続きを読む

Qエクセル STDEVとSTDEVPの違い

エクセルの統計関数で標準偏差を求める時、STDEVとSTDEVPがあります。両者の違いが良くわかりません。
宜しかったら、恐縮ですが、以下の具体例で、『噛み砕いて』教えて下さい。
(例)
セルA1~A13に1~13の数字を入力、平均値=7、STDEVでは3.89444、STDEVPでは3.741657となります。
また、平均値7と各数字の差を取り、それを2乗し、総和を取る(182)、これをデータの個数13で割る(14)、この平方根を取ると3.741657となります。
では、STDEVとSTDEVPの違いは何なのでしょうか?統計のことは疎く、お手数ですが、サルにもわかるようご教授頂きたく、お願い致します。

Aベストアンサー

データが母集団そのものからとったか、標本データかで違います。また母集団そのものだったとしても(例えばクラス全員というような)、その背景にさらならる母集団(例えば学年全体)を想定して比較するような時もありますので、その場合は標本となります。
で標本データの時はSTDEVを使って、母集団の時はSTDEVPをつかうことになります。
公式の違いは分母がn-1(STDEV)かn(STDEVP)かの違いしかありません。まぁ感覚的に理解するなら、分母がn-1になるということはそれだけ結果が大きくなるわけで、つまりそれだけのりしろを多くもって推測に当たるというようなことになります。
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Q塩化物イオンと鉄の錆び

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?

Aベストアンサー

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)

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...続きを読む

Qアルミニウムの腐食

アルミニウムが腐食する原因は何でしょうか?

また、どのくらい置いていたら腐食するんでしょうか?

Aベストアンサー

純粋なアルミは非常に反応性の高い金属です。
アルミサッシなど腐食されない材料として使用される理由は
傷ができたとき、瞬時に酸化皮膜(酸化アルミ)ができ、
それ以上反応が進まなくなるからです。
酸化アルミは透明な物質なので見かけ上はわかりません。
酸化アルミは非常に安定している物質なので腐食が起こりにくいのです。
ちょうど鉄棒の表面に黒さびをあらかじめつけておくのと同じ原理です。

アルミが腐食する理由としては、油や汚れなどが付着して
酸化皮膜ができる前に他の反応が起こった場合です。
つまり反応性の高いものが近くになく、いつもきれいにして空気に触れていれば
ほとんど腐食しないはずです。


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