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錆びたボルト

(さび、銹、鏽、英語: rust)とは、金属の表面の不安定な金属原子が環境中の酸素分などと酸化還元反応腐食)をおこし生成される腐食物(酸化物水酸化物炭酸塩など)の事である[1]。 鉄の赤錆黒錆緑青スズ[2]アルミニウム白錆など。

定義[編集]

一般には「金は錆びない」、「銅の錆」とか「錆びにくいアルミニウム」[3]というふうに金属全般の腐食生成物を錆と呼ぶが、腐食防食学の分野では、鉄合金の腐食生成物のうち、水に不溶のもののみを「錆」「鉄錆」と呼び、非鉄金属の場合は「腐食生成物」と呼ぶ。

英語 rust は語源としては red と同系で、「赤い」を意味する印欧祖語の古い語根からきており[4]、当初は鉄の赤錆を指して使われたことがうかがわれるが、現代英語では鉄以外の錆を指す場合にも用いられる[5]

鉄の錆[編集]

高炉鉄鉱石エネルギーを与えると、炭素は鉄鉱石を鉄に還元する。こうして「鉄」が産み出される。放置しておくと、やがて鉄は酸化してエネルギーを失って、酸化鉄に復って行く。つまり、錆は、還元された鉄が酸化して安定な状態へとかえろうとする過程に生じる結果である。

化学反応[編集]

錆の進行するメカニズム

一般的な反応[編集]

錆は、酸化還元反応により鉄表面が電子を失ってイオン化し、鉄表面から脱落して行くことで進行する。電気化学的な反応なので、錆が発生するかどうかは電位pH に依存する。生じたイオンは酸素により鉄酸化物(酸化鉄)、またはにより含水酸化物(水酸化鉄オキシ水酸化鉄)に変化して鉄表面に堆積する。ゆえに、酸素や水があるところに鉄を放置すると、錆を生じる。錆は自身が水分や汚れを留め、また、鉄鋼表面に凹凸が出来て反応面積が増大するため、一旦生じた錆は加速度的に進行する。

河川や海洋構造物のうち、最も錆びやすい部位は、水面の部分である。大気と水が同時に存在する所だからである。

一般的には、下記のような過程で鉄の酸化物(主に鉄(III))が生成する。e電子を表す。

これら2つの反応から、以下の反応が起こる。

  • Fe2+ + 2 OH → Fe(OH)2

そして、酸素により以下の反応が起こり、鉄(III) の含水酸化物が生成する。

  • 4 Fe(OH)2 + O2 + x H2O → 2 (Fe2O3・x H2O) + 4 H2O

Fe2+ はまたそれ自体が空気酸化される。生成した Fe3+ は沈殿pHが低いため、容易に加水分解をおこし、やはり含水酸化物を生ずる。

  • 2 Fe3+ + (x+3) H2O → (Fe2O3・x H2O) + 6 H+

これらの反応の生成物の多くは、オキシ水酸化鉄(III)類である。また、Fe2+ と Fe3+ の共沈により、四酸化三鉄 Fe3O4 が生じることもある。

「赤錆」と呼ばれる鉄錆は、水の存在下での鉄の自然酸化によって生じる、オキシ水酸化鉄(III) 等の(含水)酸化物粒子の疎な凝集膜であるとみなせる。したがって、通常の赤錆には下地の保護作用はなく、腐食はいつまでも進行する。一方、緻密な酸化物被膜ができれば、腐食に対する保護層として機能する。たとえば鉄を濃硝酸に浸すとその強力な酸化力によって表面には緻密な 酸化鉄(III) 層が生じ、腐食速度が低い 不動態と呼ばれる状態になる。不動態皮膜による防護作用を積極的に利用した鉄鋼として耐候性鋼がある。耐候性鋼は一般的な鉄鋼とは違い、無塗装で使える。ステンレス(ステンレススチール)も基本的に同様である。

一方、「黒錆」は主に 四酸化三鉄 からなる。水の存在下で上記のような反応で形成される黒錆層には保護効果は期待できないが、高温、酸素不十分の条件で鉄表面に人工的に形成した黒錆層は不動態層同様に緻密な皮膜となるため、防食法の一つとして有用である。

塩化物イオンによる反応[編集]

塩化物イオン (Cl) により、鉄の不動態皮膜は孔食と呼ばれる局部腐食作用を受ける。これによって錆が激しく進行し、やがては貫通してしまう。

これは二つの要因があり、Cl イオン存在下ではCl イオンが配位することで鉄イオンが安定化され、鉄の酸化還元電位が卑な方向へ移動して酸化されやすくなることが一つ目である。また、Cl イオンの存在により酸化鉄の水への溶解度が上がるために不動態皮膜が破壊されて不動態皮膜による防食作用が無効になる、つまり、錆が取り除かれることにより余計に錆びる、ということが二つ目として挙げられる。

錆を誘引するもの[編集]

乗換案内板(JR東津山駅

海水[編集]

海水は Cl を含んでいる。海塩粒子は風で運ばれることがあるため、に近い所では内陸部と比べて、鉄鋼の腐食速度が大きい。海岸部では耐候性鋼も無塗装では使えない。

体液[編集]

血液尿などの体液もClを含むため、鉄鋼に錆を誘発する。このため、剥き出しの鉄鋼には極力素手で触らないこと、また、これらの体液が触れる用途では使用後によく手入れして取り除いてやることが重要である。

融雪剤[編集]

寒冷地では路面凍結を防ぐために、融雪剤を道路に散布する。融雪剤としては主に塩化カルシウム CaCl2 が使われる。塩化カルシウムに含まれる Cl- により自動車が錆びることがある。

近年の自動車は1980年代以前と比べて技術進歩により防錆処理がしっかりしたため、錆があまり目立たなくなった(例外あり)

慣用表現[編集]

身から出た錆
。自分の行為が原因で、結果として自分が苦しむこと。語源は、の手入れを怠って、刀が錆びてしまったことから。「身」とは、刀の刀身を意味している。
刀の錆
刀で斬られる死に様のこと。刀は血液が付着することで錆びてしまう事から。(ただし、刀はそれ以外のさまざまな要因でも錆びる)

脚注[編集]

  1. ^ kotobank - 大辞泉 「錆」 閲覧2012-9-19
  2. ^ 日本溶融亜鉛鍍金協会 「亜鉛めっき表面に発生する白さびとは」 閲覧2012-9-19
  3. ^ 古河スカイ 「アルミニウムの腐食のおはなし」 閲覧2012-9-19
  4. ^ Online Etymology Dictionary
  5. ^ merriam-webster rust 閲覧2012-9-19

関連項目[編集]