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不動態酸化皮膜の事を調べてもどの様な状態の皮膜なのかよくわかりません。腐食の観点からみて、酸化鉄の一部に不動態酸化皮膜があると考えればいいのでしょうか。又、鉄の場合の不動態酸化皮膜の化学式(構造式)はどうなってるのでしょうか。よろしくお願いします。

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A 回答 (1件)

代表的な不動体酸化膜はアルミニウムから出来るアルミナです。


水や酸、アルカリ液などに対して内部のアルミニウムを保護するものです。

鉄の場合に不動体というのかどうか解りませんが、
 黒錆=Fe3O4 高温の酸化雰囲気で形成される緻密な酸化物。内部の鉄を保護する効果がある
 赤錆=Fe2O3 低温の酸化雰囲気で形成される低密度の酸化物。保護効果なし。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。

鋼を大気中で焼き戻しした時につく

テンパーカラーについてご質問した時「不動態酸化膜」とのご回答がありました。

しかし、鉄の不動態酸化皮膜が「黒錆」や「赤錆」のことを言うなら、

前者を否定することになるのでしょうか。

お礼日時:2011/04/03 14:35

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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不動態の「緻密な酸化皮膜」って?

不動態の説明で「緻密な酸化皮膜」という言葉をよく見かけますが、この「緻密な」というのにどんな意味があるのでしょうか。
単に「均一な膜になっているわけではない」というだけの話でしょうか。
緻密じゃない酸化皮膜だったら腐蝕する(しやすい)が、緻密な酸化皮膜なら腐蝕しない(しにくい)ということはあるのでしょうか。
さらに極端に言えば「○○という金属が、酸化○○の皮膜を作って不動態となる場合、酸化○○を溶かす液体には一般に単体も溶ける」と言ってしまうことはできるのでしょうか。

Aベストアンサー

> 緻密じゃない酸化皮膜だったら腐蝕する(しやすい)が、
> 緻密な酸化皮膜なら腐蝕しない(しにくい)

念のために説明しますが、このとき「腐食されるもの」は
「まだ酸化されていない金属部分」であって、
「酸化被膜(酸化物)の部分」ではありません。
もしかしたら、この点を勘違いされているのではないでしょうか。
(酸化被膜については、同じ条件下での酸化数の上限まで酸化数が
 上がっていて、それ以上酸化は進まないものと思います)


不動態では、「緻密な酸化被膜」は文字通り「被膜」となって、
金属部分と外界(酸や空気)との接触を断ちます。
このため、金属はそれ以上腐食されずにすみます;

 酸や酸素などが入る隙間がない

 ●●●●●● ←酸化物の層(酸化被膜)
 ○○○○○○┐
 ○○○○○○|←金属
 ○○○○○○┘


一方、通常の酸化(→例えば鉄の赤錆)では、
金属表面に酸化物が生成した後も、そこには隙間が生じるため
(→カウンターイオンや酸化数が異なるものが混ざることが、その一因と
 思います ; 例えば酸化鉄(III)や四酸化三鉄、水酸化酸化鉄の共存)、
金属部分と外界とは接触可能なままになっています。
その結果、金属の腐食が続くわけです;

 酸や酸素などが入る隙間がある
  ↓  ↓ ↓
 ● ▼● ● ▲ ←酸化物の層
 ○○○○○○┐
 ○○○○○○|←金属
 ○○○○○○┘


ということで、
> 「○○という金属が、酸化○○の皮膜を作って不動態となる場合、
> 酸化○○を溶かす液体には一般に単体も溶ける」
との2番目のご質問は、一応以下で説明しますが、上とは別のお話になります。
(上は金属部分の腐食に対する酸化皮膜による保護の話であるのに対して、
 下は酸化被膜そのものの反応性の話なので)

通常、『金属酸化物を溶かす液体→単体を溶かす液体』との関係は
必ずしも成り立ちません(「CuO+2HCl→CuCl2+H2O」など)。
ただ、「不動態となる金属」という限定下では、
「不動態となる金属→水素よりもイオン化傾向が高い金属」となるので、
その「液体」を「プロトンを発生する酸」と想定する限りは、成り立つといえます。

一方、もし「金属酸化物を溶解可能な非プロトン性溶媒」というものが
あれば(→とっさに思い当たるものは浮かびませんが)、
必ずしも成り立たちません。
(金属をイオンに酸化する能力がその溶媒になければ、「成り立たない」ことになります)

> 緻密じゃない酸化皮膜だったら腐蝕する(しやすい)が、
> 緻密な酸化皮膜なら腐蝕しない(しにくい)

念のために説明しますが、このとき「腐食されるもの」は
「まだ酸化されていない金属部分」であって、
「酸化被膜(酸化物)の部分」ではありません。
もしかしたら、この点を勘違いされているのではないでしょうか。
(酸化被膜については、同じ条件下での酸化数の上限まで酸化数が
 上がっていて、それ以上酸化は進まないものと思います)


不動態では、「緻密な酸化被膜」は文字通り「被膜」となっ...続きを読む

Qなぜ?アルカリだと鉄などは、さびにくいのですか?

なぜ?アルカリだと鉄などは、さびにくいのですか?

Aベストアンサー

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。

Q酸化皮膜とは錆ですか

鋼を大気中で焼き戻しするとテンパーカラーになって酸化皮膜が生成させるとしりましたが、この酸化皮膜は腐食から考えると錆なのでしょうか。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

その通りです。ただいわゆるサビとは違って酸化皮膜が緻密で賢固であるため、皮膜の内側へのサビの進行が起こらず、結果として母材を保護することになるということです。鉄に限らずステンレスでも同じで、ステンレスの表面にはステンレスの成分のひとつである、クロムの酸化膜が形成されるため内部にサビが進行しにくいのです。

このように表面に形成された安定したサビのことを不動態皮膜といいます。

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酸化皮膜…

酸化皮膜って何ですか??
中3なんで、簡単な説明お願いします(><)

Aベストアンサー

主に金属で、表面に安定した酸化物(=錆び)を作ることです。
この加工をすると、内部に酸化が広がる(=錆びる)のを防ぐことができます。

アルミや鉄などでよく使われますが、鉄でいうと、赤錆は内部まで進行してしまうので、表面にわざと黒錆を作って赤錆を防ぎます。

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
...続きを読む

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ヨウ素とヨウ化カリウム水溶液

高校化学からの質問です。
参考書に、ヨウ素はヨウ化カリウム水溶液に溶けるとあったのですが、どのようにとけているのでしょうか?イオンになって溶けているのではないようなのですが。
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

まず初めに、ヨウ化カリウムを水に溶かすと、K+(カリウムイオン)と、I-(ヨウ化物イオン)に電離します。
  化学式であらわすと、KI⇔K+ + I- となります。
ここにヨウ素を入れると、ヨウ化物イオンと反応して、I3-(三ヨウ化物イオン)となって溶けます。
  化学式であらわすと、I2 + I- ⇔I3-
となります。
 このような仕組みでヨウ素は溶けています。

参考URL
 ・wikipedia ヨウ素 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A8%E3%82%A6%E7%B4%A0
 ・wikipedia 三ヨウ化物 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E3%83%A8%E3%82%A6%E5%8C%96%E7%89%A9
 ・wikipedia ヨウ化カリウム http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A8%E3%82%A6%E5%8C%96%E3%82%AB%E3%83%AA%E3%82%A6%E3%83%A0        

まず初めに、ヨウ化カリウムを水に溶かすと、K+(カリウムイオン)と、I-(ヨウ化物イオン)に電離します。
  化学式であらわすと、KI⇔K+ + I- となります。
ここにヨウ素を入れると、ヨウ化物イオンと反応して、I3-(三ヨウ化物イオン)となって溶けます。
  化学式であらわすと、I2 + I- ⇔I3-
となります。
 このような仕組みでヨウ素は溶けています。

参考URL
 ・wikipedia ヨウ素 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A8%E3%82%A6%E7%B4%A0
 ・wikipedia 三ヨウ化物 http://ja.wiki...続きを読む

Q鉄の黒皮

金属材料についてですが、よく、鉄(S400とか)を購入すると表面に黒皮がありますよね。その黒皮ってなんなんでしょうか?酸化膜でしょうか?もし、黒皮の意味・一番良い剥離方法等ご存知でしたら教えてください。

Aベストアンサー

鉄構造系でメッキに関しては、メッキ工場からの要請でする下準備程度の知識です。
一晩の酸処理でも不完全とは酸の濃度が不適正と思います。
硝酸処理は数秒で剥離します。試験体に濃硝酸 1:アルコール9 の処理はやりました。
硫酸の処理は無経験ですがメッキ工場の資料は扱っていました。

Qエクセルで計算すると2.43E-19などと表示される。Eとは何ですか?

よろしくお願いします。
エクセルの回帰分析をすると有意水準で2.43E-19などと表示されますが
Eとは何でしょうか?

また、回帰分析の数字の意味が良く分からないのですが、
皆さんは独学されましたか?それとも講座などをうけたのでしょうか?

回帰分析でR2(決定係数)しかみていないのですが
どうすれば回帰分析が分かるようになるのでしょうか?
本を読んだのですがいまいち難しくて分かりません。
教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるための指数表記のことですよ。
・よって、『2.43E-19』とは?
 2.43×1/(10の19乗)で、
 2.43×1/10000000000000000000となり、
 2.43×0.0000000000000000001だから、
 0.000000000000000000243という数値を意味します。

補足:
・E+数値は 10、100、1000 という大きい数を表します。
・E-数値は 0.1、0.01、0.001 という小さい数を表します。
・数学では『2.43×10』の次に、小さい数字で上に『19』と表示します。→http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8C%87%E6%95%B0%E8%A1%A8%E8%A8%98
・最後に『回帰分析』とは何?下の『参考URL』をどうぞ。→『数学』カテゴリで質問してみては?

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%9E%E5%B8%B0%E5%88%86%E6%9E%90

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるた...続きを読む


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