イオン化傾向の実例について

質問

高校の化学でイオン化傾向を習いますよね。
この時、コラムなどで書いてある話があります。
「タンカーの船底に、船の外壁の金属より、
イオン化傾向の多い金属の塊を付けておく。
すると、その金属の塊がまず海水と反応するので
海水による外壁の浸食を防ぐことが出来る」
こんな話を、読んだ覚えがあります。

実は、この話で疑問に思っていることがあるのです。
どうしてこのようなことが可能なのか？

例えばタンカーの端から、船底の金属の塊まで100mあるとします。
人間の目から見ると、100m先に鉄（外壁）よりイオン化傾向の大きい金属があるから
そちらが先に反応する、と判ります。
しかし、当の鉄の分子（この言い方が妥当かは別として）の立場で考えるとどうでしょう。

海水が反応しようとしたとき、鉄の分子が
「100m先に自分よりイオン化傾向の大きい金属があるので、
まず、そちらに当たってくれ」
と主張することが、どうして可能なのでしょう。
分子レベルで考えると100mなんて、地の果てのような距離だと思うのですが。

金属内の自由電子が何らかの情報を与えているのでしょうか。
でも、電子に情報を持たせることが出来るのですか。
また、外壁を構成している莫大な量の鉄分子すべてに
つねに情報を送り続けることがどうすれば可能なのでしょう。

高校、大学での科学の知識を完全に忘れている私にも解るように
説明していただけないでしょうか。
よろしくお願いします。

回答No.4

Zincer · ベストアンサー

uriboさんへ
高校の科学については全く触れないレベルの説明にはかなりの困難がありますが、電気めっきについては記憶がございますでしょうか？
かなり乱暴な説明になりますが、イオン化傾向の多い（正確には高い？）金属の電子を利用して溶けだそう（イオンになること）としている鉄をめっきしていると考えてはどうでしょうか？
ymmasayanさんの回答の重複になりますが、電気的につながっていることは重要な要因ですが、この場合電子に「向こうにもっと溶けやすい金属があるから、鉄を溶かさないようにしろ」という情報がのっているのではなく、「溶けやすい金属から出た電子は、鉄をめっきするために必要な充分のエネルギーを持っている」といえると思います。（ある種の情報と言えなくも無いですが）
この効果をもっと顕著にした物がymmasayanさんと同じサイトになりますが「外部電源陰極防食装置」になります。

ymmasayanさんも多少疑問が残っているようですが、防食に必要なのは電子の持っているエネルギー（表面の電位）ですので形状が複雑な場合やあまりにも大きな場合、電子は内部の抵抗によってそのエネルギーを失いますので、部分的に腐食が進行するようなことは考慮しなければならないと思いますし、実際に考慮して設計しているはずです。
それともう1つ
海水のような中性領域では、実際に電子を受け取っているのは酸素と考えた方が良いですよ。

参考URL：

http://lib1.nippon-foundation.or.jp/1998/0139/contents/043.htm

お礼

回答ありがとうございます。
「鉄をメッキしている」というのは、なるほどと思いました。
ただ、ymmasayanさんの話では、電子の移動スピードは非常に遅いとのこと。
ということは、ymmasayanさんが#1でおっしゃっている電位の平均化によるもの、
と考えて良いのでしょうか。

一回の反応で放出される電子は２個ですから、わずか２個の電子が亜鉛のイオンと結びつくのに
使っていたエネルギーが船体全体に平均化され
その平均化されたエネルギーが鉄をメッキするのに十分な量だ、と考えて良いのですか？

それともう一つ、今、疑問に思ったことがあります。
どうして、亜鉛が放出した電子は鉄を経由して海中に放出されるのでしょう。
電気的に一つであるなら、鉄を通さず直接、海中に電子を放出しても良いと思うのです。
ダニエル電池のように陰極と陽極で違う電解液を使っているのなら
まだ、何となく納得できそうなのですが
局部電池のように同じ電解液に浸かっている場合は、疑問が出てきます。

これは、電子を金属中に放出するより、液体に放出する方がはるかに大きなエネルギーが必要だ、
と考えて良いのでしょうか。
もしそうだとすると、一つの金属を単独で電解液に入れたとき
溶けだした金属イオンの持っていた電子が液中に放出されるのでなく
その電子は金属内に放出され、それに押し出された他の電子が液中に放出されるのでしょうか。

しかし、直接液中に放出する場合も、いったん金属内に放出する場合でも
最終的には液中に放出するのだから、必要なエネルギーは同じで
直接液中に放出しても良いように思うのですが．．．