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イイね!
2018年02月24日

<学校の勉強も役に立つシリーズ> 融雪塩とサビについて

先日、モル凝固点降下のお話をしました。
が、この塩化ナトリウムや塩化カルシウムって錆を促進させますね。
今回はこの融雪塩と錆に付いてお話ししましょう。

まず融雪塩である塩化ナトリウムや塩化カルシウムは電解質ですね。
電解質とは「水に溶けるとイオンになる物質」です。
塩化ナトリウムは
NaCl→Na++Cl-
塩化カルシウムは
CaCl2→Ca2++2Cl-
となります。

一方、鉄が錆びるということは
4Fe+3O2→2Fe2O3(赤サビ)
という事です。
これを見る限り、ナトリウム、カルシウム、塩素って全然サビに関係ありませんね。
でも、融雪剤や海水は錆を促進させます。
何故でしょうか?

皆さんは木炭電池ってご存知でしょうか。
木炭とアルミ箔を食塩水を含ませたキッチンペーパーを挟んで作る電池です。
ここでは詳しく説明しません。長くなるから。
興味のある方は、ネットで調べて実験してみてください。
これ、イオンになり易いアルミ箔(アルミニウム)が陰極(-極)、イオンにならない木炭が陽極(+)になって、電池になります。
この時、アルミニウムは食塩に溶けだして
Al→Al3++3e-と電子を出しているんです。
電子を出しているから陰極になるんです。
純水でも電池にならないことは無いんですが、電気を通しにくいから電圧は低くなります。

ここから先は私の推測になります。なので間違いがあるかもしれません。
注意して読んでください。
実はクルマのボディに使われている鉄は、純粋な鉄ではありません。数%は炭素が含まれています。
まず、鉄は酸化鉄(Fe2O3)から作ります。
酸化鉄から鉄を作る方法はいくつかありますが、尤も良く使われるのが、コークス(石炭から不純物を取り除いた、炭素の塊)と鉄鉱石を混ぜて加熱させる方法です。
化学反応式は
2Fe2O3+3C→2Fe+3CO2
となります。
この時、空気の量を調整しないと、コークスは空気中の酸素と反応してしまい、酸化鉄から酸素を奪うこと(=還元)ができません。
この時、どうしても鉄の中に炭素が混じってしまいます。

また、鉄は炭素の量によって硬さが変わります。
一般的には「炭素含有量が多い程、硬い鉄」になります。
これを利用して、鉄の硬さを調節しています。

ここで、先ほどの木炭電池を思い出してください。
食塩と鉄、炭素が混じると、アルミ箔を使った電池同様、鉄は電子を出しながら溶けていきます。
鉄は2価、3価のイオンなるんですが、簡単にするために2価のイオンになるとしましょう。
Fe→Fe2++2e-
純水だと電気を通しにくいので、この反応が起きにくいんですが、電解液(塩化ナトリウム、塩化カルシウムの水溶液)だと、鉄は電子を放出しながら溶けていきます。
これだけでも、鉄がボロボロになる理由が理解いただけると思います。
錆防止装置(商品名:ラストストッパー)は電子を鉄に与えて、鉄イオンになるのを防ぐ装置です。

で、本当は「鉄イオンが酸素と結びついて赤サビ・・・」と持って行きたいんですが、私はこれが説明できません。
調べてみましたが、そのものズバリの反応式が有りませんでした。
もしかしたら、私の考えが間違っているのかな・・・

尚、雨水も空気中の二酸化炭素等が僅かに溶けている「電解液」なので、純水よりも錆びやすくなります。
但し、電解質の量が微量なので、融雪塩よりは錆の進行が遅くなります。


余談ですが、融雪塩を撒いた道路って、なんとなく湿っぽいですね。
実は塩化カルシウムには潮解性があります。
潮解性とは、空気中の水分を吸収して溶けてしまう現象です。
水酸化ナトリウム(NaOH)も潮解性があり、蓋を開けて放っておくとベタベタになります。

塩化カルシウムはボディに付着した状態で放っておくと、空気中の水分を吸収し、電解液になってしまいます。
なので、融雪塩を撒いた道路を走行したら、水道水で洗い流した方がクルマは長持ちします。
私も融雪塩を撒いた形跡がある道路を走った後は、下回りに水道水をぶっかけます。

因みに、塩化ナトリウムは潮解性が無いので、ボディに付着した状態でも乾燥していれば電解液にならないので、多少は錆びにくくなる・・・と私は考えています。
ブログ一覧 | 日記
Posted at 2018/02/25 00:01:12

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この記事へのコメント

2018/02/25 07:47:22
とても勉強になります。
防錆装置の意味はそういう仕組みなのですね。
車種や場所によって錆びやすさが違うのは使っている鉄の純度の違いなんですね。
とってもなるほどでした。
( ^ω^ )
コメントへの返答
2018/02/25 11:07:07
但し、この辺を明確に説明してくれる資料が無いので、私の推測が多々あります。
その辺はご容赦を。

でも、学校の勉強も深堀すると中々興味深いですよね。
それが分かって頂ければ、十分です。
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