アルミニウム金属の腐食と化学変化

酸化アルミニウムのコーティングは、腐食からアルミニウム製品を保護する。

アルミニウムは、多くの産業用途を有する金属である。その純粋な状態では、それは非常に反応性が高い。しかしながら、それは反応性が低く、その表面に生じるコーティングのために腐食に抵抗する。このコーティングは、その下のアルミニウムを保護する酸化アルミニウムである。様々な化学薬品が酸化アルミニウムと反応し、それにより潜在的に更なる腐食及び下の純粋なアルミニウムへの変化を促進する。

純粋なアルミニウム

アルミニウムの反応性は、その純粋な状態で自然に発生することを防止する。代わりに、それはボーキサイトと呼ばれる鉱石中に存在する。産業界での使用のためにアルミニウムを得るためには、ボーキサイトはバイエル法と呼ばれる浄化プロセスを経なければならない。アルミニウムイオンは+3の電荷を有する。これは、原子が電子より3つ多くプロトンを持つことを意味します。したがって、アルミニウムイオンに電子を加えるためには、浄化プロセスは多量の電気を必要とする。

酸化アルミニウム

酸化アルミニウムは、化学式Al 2 O 3を有する。 2つのアルミニウムイオンは+6の結合電荷を有し、酸素イオンは-6の結合電荷を有する。純粋なアルミニウム原子は酸素原子と反応して、純アルミニウム試料の表面に酸化アルミニウムの層を形成する。酸化アルミニウムは非常に硬い結晶質の化合物であり、融点は2,000℃(3,632華氏)を超える。

腐食に対する耐性

酸化アルミニウムの生成は腐食の一例である。アルミニウム原子は電子を酸素原子に失う。しかし、純粋なアルミニウムの表面上に形成される酸化アルミニウムの層は、その下のアルミニウムをさらに腐食から保護する。アルミニウムは、試料上の酸化アルミニウムのより厚い層によってさらに保護することができる。これは電気分解によって達成される。

酸化アルミニウムの交換

酸化アルミニウムは、他の化学変化に対して不浸透性ではない。酸化アルミニウムはOH-イオンと反応して水酸化アルミニウムを形成する。したがって、アルミ製の鍋や鍋をアルカリ性、塩基性の食品や化学物質にさらすことはお勧めできません。酸化アルミニウムが分解すると、その下にある純粋なアルミニウムも反応します。一方、酸性化合物は、酸化アルミニウム層を強化し、腐食および他の化学反応を防止するのに役立つ。

アルミニウム金属の腐食と化学変化

FAQ - 💬

❓ アルミニウムの材質が腐食するとどうなるか?

👉 アルミニウムの腐食形態は均一腐食と局部腐食の2 種類に大別される。 酸化皮膜が均一に溶解すると均一 腐食が発生し,酸化皮膜が局部的に破壊されると孔食 に代表される局部腐食が発生する。 局部腐食はさらに, 孔食,すきま腐食,粒界腐食,応力腐食割れ(SCC), はく離腐食,糸状腐食などに細分化される。

❓ アルミニウムの腐食反応の化学式は?

👉 腐食反応 Al+H2O+OH– →AlO2 – +3/2H2 (1) これは次式のアノード反応とカソード反応とに分解して 示される。

❓ アルミを腐食させる成分は?

👉 アルミニウムは電位が低く卑な金属で、水に含まれているわずかな鉄イオン、銅イオンが原因で腐食が進んでしまうことがあります。

❓ アルミが腐食するのはなぜ?

👉 アルミニウムは空気中で表面に酸化アルミニウムの薄い膜を自己生成し、保護します。 そのため、非鉄金属の中でも耐腐食性に優れた金属で、錆に対しては強い性質を持っていますただし、その自己保護膜の酸化アルミニウムの薄い皮膜が破壊されると錆びてしまうのです。

❓ アルミは腐食すると変色しますか?

👉 表面変色アルミニウム材の表面変色は溶出を伴う腐食(孔食)とは異なり、表面層で生じる現象でウォーターステインと呼ばれています。 このウォーターステインとはアルミニウムが水分と接触することにより、アルミニウム表面にアルミナ水和物の薄膜(1~2μm)が生成し表面光沢の減少あるいは褐色~黒色に着色する現象です。

❓ アルミはなぜ腐食しにくいのでしょうか?

👉 アルミニウムは空気中で酸化皮膜を形成するため、耐食性が非常に高く錆びにくいです。 そのため屋外や水がかかる箇所など、過酷な環境下で使われる部品の素材としてもよく用いられます。 ちなみにステンレスも錆びにくい金属としてよく知られていますが、やはり同様に空気中で酸化皮膜を形成するという特徴があります。

❓ アルミニウムの腐食形態は何ですか?

👉 アルミニウムの腐食形態を写真6.4.1に示します。 代表的な腐食形態は孔食であり、ピット状の局部腐食となります。 この孔食は、実環境中に多く存在する塩分 (Cl-)により促進されます。 アルミニウムと他の金属を直接接触させ、かつ、水分が存在すると接触腐食と呼ぶ急速な腐食が生じる場合があります。 接触させる相手金属がアルミニウムよりも電気化学的にイオン化し難いほど、アルミニウムの溶解が促進されます。

❓ アルミニウムの異種金属接触腐食とは何ですか?

👉 アルミニウムの異種金属接触腐食とは,アルミニウ ムと,アルミニウムよりも自然電位の高い異種金属と が電気化学的に接触したときにアルミニウムの「局部腐 食」が促進される現象である。 ここに,自然電位とは使 用環境中で各金属が示す電極電位である。 また,電気 化学的な接触とは,金属中における自由電子による電 荷の移動と,溶液中におけるイオンによる電荷の移動 の両方が起こり,腐食(電池)回路が形成された状態 (Fig. 4 )を意味している。 腐食回路は,異種金属表面で 起こるカソード反応をアルミニウムのアノード反応で 負担させる作用を与え,アルミニウムの腐食が増大さ れる。 この異種金属接触で促進される腐食は,「局部腐 食」であることにご注意いただきたい。

❓ 金属の腐食現象とは何ですか?

👉 ある高校化学の教科書において,金属の腐食現象は, 「金属が空気中の酸素と反応し,酸化物や水酸化物を生じ ること。 湿度が高いほどさびやすく,塩化物イオンCl - や 炭酸イオンCO 2- 3 を含む環境でさびが生じやすい。

❓ アルカリ環境でアルミニウムは腐食しますか?

👉 特にアルカリ環境ではアルミニウムは腐食に弱いのです。 そしてアルミニウムは両性金属で、アルカリ性・酸性の双方の環境で腐食してしまう金属です。 酸化アルミニウムの薄膜破壊は錆というよりは腐食です。 アルミニウムの加工品を長時間放置しておくと白っぽくなります。 この状態はアルマイト(陽極酸化処理法)の酸化皮膜形成と同じです。 酸化皮膜に傷が付くと酸・アルカリで浸食されます。 加工用の研削液にも反応して穴があいたりします。 洗剤はアルカリ性・酸性の双方が使えません。 また電食に弱いので使用場所に注意が必要です。 金属同士、イオン化傾向の異なるものをつけてしまうと、金属同士、どちらかの錆が目立つことが知られています。 アルマイト処理は電気不伝導性をもたせることにより錆の進行を遅くしています。

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