酸化とさびとは?

前回、物質と酸素との化合
すなわち酸化ということを、燃焼とあわせて主に紹介しました。

さて、酸化にたいして、その全く逆の反応である還元という言葉があります。

酸化と還元を理解するには
金属について考えるとわかりやすいので
ここでは金属の酸化・還元を勉強しましょう。




さびない金属

さびない金属として、私たちがよく知っているものに、金・銀・白金などがあります。
金と同じように、金色をしていても黄銅(しんちゅう)は
空気中におくとつやがなくなって表面がさびてきます。

これにたいして、金・銀・白金はつやもかわりません。

これらは、空気中の酸素と化合しないので、さびないのです。
銀は、ときどき黒くなりますが
これは空気中に硫黄の蒸気などがあったとき、それと反応して化合物をつくるためです。

金・白金は天然にもそのまま産出します。
金・銀・白金でつくった器はみがかなくても
いつも美しい光沢をもっているので、食器や装飾品に使われます。

さびやすい金属に金めっきや銀めっきをすると、さびにくくなります。

クロムも銀色をした金属ですが固すぎるので
そのまま利用されることは少なく、鉄などにメッキした
クロムメッキとして、使われています。

クロムメッキをしたものは、なかなかさびません。

鉄とクロム・ニッケルの合金もさびにくいので
さびない鋼(ステンレス鋼)といわれています。



金属の酸化

金属が酸素と化合することを金属の酸化といいます。
金属が酸化してできるものについて、まえにも少し勉強しましたが
ここでもう少し詳しく調べてみましょう。

鉄を空気中で強く熱すると
黒い色のさび(黒さび)ができます。

これは四三酸化鉄 Fe3O4という化合物です。
式からもわかるように鉄の酸化物で
鉄原子3個と酸素原子4個の割合でむすびついているところから、四三酸化鉄とよびます。

また、鉄を空気中に放置したり
雨ざらしにしておくと、茶色のさび(赤さび)ができます。

これは、三二酸化鉄Fe2O3を主成分とするものです。

黒さびは、きめが細かく、鉄にしっかりくっついていて
鉄がそれ以上さびるのをふせぎます。

ですから、鉄の表面にわざと黒さびをつくって
さび止めにします。

これにたいして、赤さびはきめが粗く表面がボロボロしているので
さらに水や酸素が内部の鉄に触れ酸化反応が進み、鉄の芯までさびてしまいます。

銅は空気中で黒くさびます。
これは酸化第二銅ができるためです。

銅を雨ざらしにしたり
とくに酸などをはたらかせると緑色のさびができます。

これをロクショウといいます。
また、銅を空気中で1000℃ぐらいに熱すると
表面に赤い酸化物の膜ができます。

この膜は、酸化第一銅Cu2Oというもので
銅の表面だけにできて、内部を保護するので
わざわざ酸化物を銅の表面につくることがあります。

純粋なアルミニウムは、空気中においても
その表面のつやに変化がないので、さびないように見えますが
これは表面にごくうすい酸化アルミニウムの膜ができて、内部がおかされないからです。

アルミニウムの表面を処理して酸化アルミニウムの膜をつくったものは
アルマイトとよばれます。

固くて、さびにくいので
やかん・弁当箱・食器などに使われます。

不純物をふくむアルミニウムは
表面にボツボツの酸化物の粒ができて
まもなく穴があいてきます。







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