塩水はなぜ錆びるの？

質問

理科の実験をやっています。
アルカリ水や水道水より塩水と酸性水がはやく錆びる原因を教えて下さい。

回答No.10

noname#60584

＞質問者に分かるようにというのであれば逆です。混乱させているだけです。

では #5の内容は質問者をを混乱させていないとおっしゃるわけですね。
質問者の立場はわかりません。
"実験をしました"とは自分が直接行なったのか、それともその実験に立ち会ったのかは分かりません。
#5の内容で十分に質問者に対して理解を促し十分な内容を引き出せるのでしょうか？
そもそも、素朴な疑問は回答がしにくいは分かります。
まず、パラメーターがこの時点でどの程度必要かではないでしょうか。
そのために#5の内容がそこまで必要ですか？

＞電子が移動して化学反応が起これば全て酸化・還元反応です。酸素は関係ありません。２次電池は充電可能な化学電池ですから酸化・還元反応が起こっています。

何故あえてそのことに触れるのか理解しがたいです。
回路設計者がそのことを知らないで、安全な回路設計ができますか？
私の様に現場の人間は回路設計に於いて安全が一番です。
我々の現場では新人に再度"反証せよ"と教育を行なわなければならないのが現状です。

＞（３）「いくつかの原子が共有結合で結びついた中性の塊を分子と呼ぶ」という以外に分子があるのですか。普通に言う分子はこのことです。ＮａＣｌは分子ではありません。

当然の事です。だから確認しただけです。

＞（４）質量欠損自体は珍しいものではありません。原子核反応では常に問題になります。化学反応とは関係がないというだけです。でもコレこそ質問とは無関係ですね。

そのとうりです。ですから＃８で"この内容は書かない方がよかったですね。"としたのです。

＞錆の発生の仕組みは単純ではありません。高校のレベルを超えている内容もあります。まだよく分かっていない面もあるでしょう。
＞せめて「ここまでは分かる、ここからが分からない」というふるいわけだけでもきちんとしておく必要があるのではないかという立場です。
＞４つともそれだけでは錆を発生しない、でも現実には錆が生じる、コレをどの様に折り合わせるのかです。時間も問題になります。
＞必要な別の要素の予想は付きます。でも速さはどう説明するのかといわれれば速かった方ではその要素が働きやすかったのだろうぐらいの事しか言えないのです。

私から立場では、#5でこれだけの内容でまずは十分だったのではないですか？

＞でも溶液の中の成分以外に別の要素が必要であると考えていない解答が続けば手探りで方向をさぐろうという解答は書くことは出来なくなります。

＞実験もただ「やりました」ではなくてどう考えてどういう事をやったのかが書いてあれば気付きのヒントを指摘することも出来ます。
＞例えば長い針金を差し込んで場所による錆の発生の違いを見るということをやれば水溶液中の成分以外の要素に気が付きます。
＞でも錆の発生にはこれ以外の要素も絡んでいるだろうと思います。

ですから、中学生にも分かるようにとしたのです。
なぜ最初から完全補足を求めるのか私には分かりません。
現場人間からすれば、検証可能、反証可能、理論的説明不可能などは日常的に発生します。
製品製造が終わってから理論的説明を大学に依頼する場合も有るくらいです。

回答No.9

ht1914

（１）「錆びるということは緩やかな燃焼である」とか「燃焼とは発熱を伴う激しい化学反応である」とかの文章がなければ消防法の定義など持ち出しません。
質問者に分かるようにというのであれば逆です。混乱させているだけです。

（２）＞２次電池などには酸素を必要としない酸化還元反応を行なわずに充放電を行なうものが有ります。

電子が移動して化学反応が起これば全て酸化・還元反応です。酸素は関係ありません。２次電池は充電可能な化学電池ですから酸化・還元反応が起こっています。
錆の発生も酸化・還元反応です。でもそれだけではないということを＃７で書きました。酸に溶けるというのも酸化・還元反応ですが錆の発生とはイコールではありません。鉄が塩酸に溶ければ塩化鉄の水溶液になるだけであって錆が発生したとは言いません。

（３）「いくつかの原子が共有結合で結びついた中性の塊を分子と呼ぶ」という以外に分子があるのですか。普通に言う分子はこのことです。ＮａＣｌは分子ではありません。

（４）質量欠損自体は珍しいものではありません。原子核反応では常に問題になります。化学反応とは関係がないというだけです。でもコレこそ質問とは無関係ですね。

錆の発生の仕組みは単純ではありません。高校のレベルを超えている内容もあります。まだよく分かっていない面もあるでしょう。
せめて「ここまでは分かる、ここからが分からない」というふるいわけだけでもきちんとしておく必要があるのではないかという立場です。
４つともそれだけでは錆を発生しない、でも現実には錆が生じる、コレをどの様に折り合わせるのかです。時間も問題になります。
必要な別の要素の予想は付きます。でも速さはどう説明するのかといわれれば速かった方ではその要素が働きやすかったのだろうぐらいの事しか言えないのです。

でも溶液の中の成分以外に別の要素が必要であると考えていない解答が続けば手探りで方向をさぐろうという解答は書くことは出来なくなります。

実験もただ「やりました」ではなくてどう考えてどういう事をやったのかが書いてあれば気付きのヒントを指摘することも出来ます。
例えば長い針金を差し込んで場所による錆の発生の違いを見るということをやれば水溶液中の成分以外の要素に気が付きます。
でも錆の発生にはこれ以外の要素も絡んでいるだろうと思います。

回答No.8

noname#60584

＞高校レベルの説明をし直さなくてはいけないので困っています。

私の専門を書かなかったためにお手間を取らせてしまったようですね。
まず、私の意図は現在の質問者に分かるようにしていただきたかったのです。
私はコンピューター屋であると同時に電子回路なども手がける技術者です。
たとえば２次電池などの充電回路や電気二重層コンデンサなどの物理特性から回路を設計することが有ります。
私のような技術を行なう人間にはストレートにこの本を読めばいい程度で十分です。

＞　・その通りです。錆は必ずしも酸化物ではありません。....

２次電池などには酸素を必要としない酸化還元反応を行なわずに充放電を行なうものが有ります。

＞　・こんな定義は聞いたことがありません。参考までに消防法での定義を書いておきます。
法律の話は本質問にどのような影響があるのでしょうか。

＞　・化学反応の場に質量欠損の話を持ち出してこられたのには驚きました。...
この内容は書かない方がよかったですね。
あくまで理論があるのであって、反証されたわけではありません。
もしこれができれば、核融合炉は不要になります。
1990年代にフライスマンとポンスが常温核融合なる事象を報告しましたが現在では否定されています。
もし、先に私の書いた内容が定量的に測定できればそれは大きな出来事でしょう。

＞　・私は「鉄釘が酸に溶けたということがわかる程度の時間では錆びない」と書いています。「１０分で見たものか一昼夜置いたものなの１週間置いたものなのかで変わってくる」とも書きました。さらに言えば鉄釘を「コップの底に沈めた」のか「お皿に乗せて一部が水面からでている状態でやった」のかでも違ってきます。でも質問文では何一つ分からないのです。薬品もアルカリとか酸としか書いてありません。家庭で手に入る楽品を使ってやっているのか、学校の実験室でやっているのか何も分かりません。濃度というのは何％というのを聞いているのではありません。コップ一杯に小さじ何杯という表現でいいのです。こういうのを書くのは当然だと思いませんか。

この部分に於いては先のとうり、パラメーターが今回の質問にどれほど重要かと言う点に戻ってしまうとおもいますが。

＞　・食塩（塩化ナトリウム）は分子ではないからです。

つまり、共有電子による原子結合ということが分子性物質であり、一般的に言われている分子とはこのことであるとおっしゃりたいのですか？

＞多分１週間置けば全部錆びるでしょう。
＞１０分ではどれも無理でしょう。半日か、１日か、２日か、どこで違いが分かるかです。そのためには何を持って錆が発生したと判断したのかが問題になります。
＞
＞食塩には酸化剤としての働きはありませんから食塩水で錆が発生するというのはどういう事かはむつかしい話になります。食塩以外の要素を考える必要があります。でもまず食塩だけでは錆が発生するはずがないというところで食い違っていれば次に進むことが出来ないのです。
＞
＞ｗ－ｐａｌａｃｅ様はこの点を指摘されたのです。

それは分かりました。

ですが今の現状でこの議論は質問者の回答にも参考意見にもなっていないと思いますがいかがでしょう。

回答No.7

ht1914

高校レベルの説明をし直さなくてはいけないので困っています。
（１）＞酸化還元反応はかならずしも酸素を必要としません。
　・その通りです。錆は必ずしも酸化物ではありません。いろんな複雑な化合物が出来ています。何が出来るにしても元の金属は酸化されていなければいけません。錆という漢字の元になった銅の青錆（緑青）は塩基性炭酸銅Ｃｕ（ＯＨ）２・ＣｕＣＯ３だと言われています。
錆の発生には段階が２つあります。まず金属が酸化されること、つぎに酸化された金属イオンが不溶性の化合物として金属表面に固着することです。この変化が進行的でないと錆と金属の腐食が結びつきません。ステンレスの表面の酸化皮膜は進行的でありませんので腐食とは言っていません。普通考えている錆とは違うことになります。
酸は第一段階の酸化に対しては働きますが第２段階に対しても働くとは必ずしも言えません。別の要素が必要です。
食塩水には酸化剤としての働きはありません。アルカリ性溶液にもありません。水道水は含まれている消毒用の塩素が酸化剤として働きます。でも濃度は低いです。しかし他の溶液の濃度が分かりませんので効果の比較が難しいです。

（２）＞そもそも燃焼とは化学的には発熱を伴う激しい物質の化学反応とされています。
　・こんな定義は聞いたことがありません。参考までに消防法での定義を書いておきます。
「燃焼とは光と熱の発生を伴う酸化反応である。」
これは日常的に「燃焼」という言葉を使うときの素直な定義です。火がでることを条件にしています。
発熱を伴う激しい反応だけであれば濃硫酸に水を加えても起こります。錆の発生よりも反応は激しいです。中和反応でも熱は出ます。
鉄釘が錆びたのを見て誰も「燃えた」なんて言わないのです。
栄養学の分野で「脂肪が燃えた」という表現を使うことがありますが１００年昔の表現だと思っています。その当時はまだ反応をまとめる言葉としての「酸化」はありませんでした。（ラボアジェが作ったというｏｘｉｄａｔｉｏｎは現在言うところの「酸化」ではありません。）

（３）＞燃焼時に生成物質は元の物質よりエネルギー準位が当然低くなります。（このとき質量が減ってその分エネルギーに変るとの理論も有ります）
　・化学反応の場に質量欠損の話を持ち出してこられたのには驚きました。大きさの程度を当たられましたか。体重を量るときに皮膚表面から蒸発する水蒸気の質量を問題にするよりもまだずっと細かい話なんですよ。

（４）＞もし、先の方々がおっしゃるように、"さびない"とするなら、現行錆が発生している物質の事実とその反証を示さなければ科学とは言えないと思います。それを中学生、高校生にわかりやくする必要があると思います。
　・私は「鉄釘が酸に溶けたということがわかる程度の時間では錆びない」と書いています。「１０分で見たものか一昼夜置いたものなの１週間置いたものなのかで変わってくる」とも書きました。さらに言えば鉄釘を「コップの底に沈めた」のか「お皿に乗せて一部が水面からでている状態でやった」のかでも違ってきます。でも質問文では何一つ分からないのです。薬品もアルカリとか酸としか書いてありません。家庭で手に入る楽品を使ってやっているのか、学校の実験室でやっているのか何も分かりません。濃度というのは何％というのを聞いているのではありません。コップ一杯に小さじ何杯という表現でいいのです。こういうのを書くのは当然だと思いませんか。

（５）＞そもそも、食塩水は(Cl- Na+)で水の中に存在しています。
＞食塩水について「分子状態」という言葉を使っているのもおかしい話です。この表現をおかしいとするなら、化学的な正規の状態を示してください。当然、中学生、高校生にも分かる様にです。

　・食塩（塩化ナトリウム）は分子ではないからです。固体でも液体でも水溶液でも分子は存在しません。電解質といえば分子性の電解質で考えるというのは根強いですが古い考え方です。１００年前のものです。
高校の化学では物質を結合で分類します。自由電子により結びついた金属、イオン間の静電引力で結びついたイオン結合性物質、共有結合で結びついた分子性物質の３つです。食塩はイオン結合性物質の代表です。分子ではありません。どの教科書にも出てきます。（残念ながら化学系の応用分野の本の中ではいまだにＮａＣｌに対して分子式とか、分子量とかの言葉は使われています。メッキの本を見ていると硫酸銅の分子式という言葉が出てきます。高校の現場としては困っているのです。）

多分１週間置けば全部錆びるでしょう。
１０分ではどれも無理でしょう。半日か、１日か、２日か、どこで違いが分かるかです。そのためには何を持って錆が発生したと判断したのかが問題になります。

食塩には酸化剤としての働きはありませんから食塩水で錆が発生するというのはどういう事かはむつかしい話になります。食塩以外の要素を考える必要があります。でもまず食塩だけでは錆が発生するはずがないというところで食い違っていれば次に進むことが出来ないのです。

ｗ－ｐａｌａｃｅ様はこの点を指摘されたのです。

回答No.6

noname#60584

酸化還元反応はかならずしも酸素を必要としません。
そもそも燃焼とは化学的には発熱を伴う激しい物質の化学反応とされています。
燃焼時に生成物質は元の物質よりエネルギー準位が当然低くなります。
（このとき質量が減ってその分エネルギーに変るとの理論も有ります）

もし、先の方々がおっしゃるように、"さびない"とするなら、現行錆が発生している物質の事実とその反証を示さなければ科学とは言えないと思います。それを中学生、高校生にわかりやくする必要があると思います。

そもそも、食塩水は(Cl- Na+)で水の中に存在しています。
＞食塩水について「分子状態」という言葉を使っているのもおかしい話です。
この表現をおかしいとするなら、化学的な正規の状態を示してください。
当然、中学生、高校生にも分かる様にです。

大学の実験室や化学を専攻している人ならともかく、素朴な疑問に数値パラメーターを要求するのはいかがかと思います。

回答No.5

ht1914

質問文が簡単すぎて何をやったのか、何が問題なのかがよく分かりません。文章が簡単だと知りたいことが書いてある回答を引き出せません。

どういう物質を使ってこの様な溶液を作ったのでしょうか。濃度はどれくらいでしょうか。使った金属は何でしょうか。どういうものを錆と考えたのでしょうか。錆びたという判断は何を持ってされたのでしょうか。それくらいの時間をかけたのでしょうか。早い、遅いというのはどの程度の時間の差なんでしょうか。
理科の実験（自由研究かもしれません）であればこういう事は当然他人に伝わるように表現する必要があります。ただ「やりました」とか、「どうして」とか言われても答えようがありません。
１０分でやった実験と１日かけた実験、１週間かけた実験とでは起こることが違う可能性があります。
（錆の発生は複雑な現象です。図書館で詳しい本を調べてみて下さい。）

鉄を使ったとします。鉄は酸に溶けます。でも酸に溶けたことを錆びたとは言いません。酸に溶けたことが分かる程度の時間であればどの溶液でも錆は発生しません。ｗ－ｐａｌａｃｅ様が「どれも錆びない」と書かれたことはこういう事だろうと思います。
他の方の書かれている文章には酸化・還元が十分に理解されていない内容が含まれています。
「錆は燃焼のひとつである」なんて書かれると困ります。中学生でも高校生でも混乱します。
「水中の陽イオンに電子を渡してイオンになる」というのも困ります。
酸の場合には成り立ちますが食塩水では成り立ちません。食塩水の場合、水中の陽イオンはナトリウムイオンです。電子をもらったナトリウムイオンはナトリウム原子に変化することになります。こんな事は起こりません。ここで躓けば食塩水での錆の発生には行き着けないことになります。
食塩水について「分子状態」という言葉を使っているのもおかしい話です。

「錆び＝酸化被膜」でもありません。こういう実験で錆と認識できるものという条件です。アルマイトやステンレスの表面の酸化皮膜を錆と認識することは出来ません。だいたいホームセンターで買ってきた釘や針金には既に酸化被膜が付いているのですから「酸化被膜の発生＝錆の発生」として説明するのは説明にはなっていないのです。

回答No.4

noname#60584

酸素と結合することを通常燃焼と言います。
"錆びる"とはゆっくりとした燃焼反応です。
化学的検証をするなら、錆とは鉄と何が結合したか考えてみてください。
また、各、水の種類で分子状態として何が違うのか調べてみてください。

回答No.3

noname#62864

アルカリ水も水道水も塩水も酸性水も、どれも錆びません。
内容云々よりも科学的に正しい記述をすることの方が先決です。

回答No.2

usokoku

酸化皮膜の成長は、室温程度(絶対温度のMPの８－６割よりも低い温度)では沖合いに向かって金属原子が移動します。電気二重奏のあたりで溶液(水中あるいは表面が水和されている場合)とかあるいは二重奏を構成するぶしつ(きそうとこそうの反応)と反応して酸化皮膜になります(このあたりの説明は既にあるので略)。
この移動は静電引力です。つまり、電気二重そうの金属側に塩素のような巨大な－電荷をもつイオンが存在すると、この電荷に引かれて原子が移動します。

感じの間違いがちょっとありますが、正しい漢字がわかる程度の知識が得られたらば意味がわかるでしょう。

回答No.1

debukuro

金属元素は一番外側の電子軌道に１個か２個の電子を持っています。
これは非常に動きやすいので自由電子といい金属が電気や熱をよく伝えるのは自由電子の働きです。
酸や食塩水は電解液といって溶け込んだ物質（食塩や酸）が陽イオンと陰イオンに分かれています。
金属の電子はこの陽イオンに引かれて電解液に溶け出して陽イオンと結合します。
すると金属は電子を失って陽イオンになります。
そこに陰イオンである酸素イオンが結合して酸化金属（錆）ができるのです。
高校くらいになると元素の電子配列やイオン化について習うと思うのでそれまでは自分で研究して立派な化学者になってください。

お礼

ありがとうございました。