錆の理解: どの金属が腐食し、どう発生するか

錆とは？

錆は一般的に酸化と呼ばれ、鉄または鉄を含む金属合金（鋼など）が長期間酸素と水にさらされると発生します。

鉄が酸化プロセスを経ると錆が形成されますが、すべての酸化が錆を形成するわけではありません。前述の通り、鉄または鉄を含む合金のみが錆びますが、他の金属も同様の方法で腐食する可能性があります。

腐食とは？

腐食は、電子を容易に失う元素（一部の金属など）が、余分な電子を吸収する元素（酸素）と結合し、その後電解質溶液（水）と接触すると発生します。腐食プロセスにおける水の役割は、金属から酸素への電子の流れを加速することです。

このプロセスは酸化還元反応と呼ばれ、実際には同時に起こる2つの化学プロセスです: 還元と酸化。

還元とは？

還元は、分子が電子を獲得する際に起こる化学反応の名前です。これは金属腐食における酸素の役割です。

酸化とは？

酸化は還元の反対であり、分子が電子を失う際に起こる化学反応の名前です。これは金属腐食における金属の役割です。銅の錆と緑青（奇妙な緑色）は、金属が空気中に電子を失った可視的な結果です。

銅、鉄、アルミニウムは錆びるか？

技術的には、鉄と鉄を含む合金のみが錆びます。金や銀のような貴金属を含む他の金属も、同様の方法で腐食する可能性があります。

特定の金属を区別するのは、それらが錆びたり腐食し始めたりするまでの期間です。

ここでは、最も一般的な金属のいくつかと、それらが錆と腐食に対してどう耐えるかを紹介します。

銅は錆びるか？

銅は錆びませんが、腐食します。銅は自然に茶色で、腐食すると明るい緑色の色合いに変わります。一部の人々は銅の反応を酸化ではなく変色と見なしますが、金属は依然として同様の「錆びる」プロセスを経験します。

自然環境では、銅は腐食することを極めて嫌います。最終的に銅製飲料水管を破壊するタイプの腐食は浸食腐食と呼ばれ、長期間にわたる流れる乱流水への曝露によってのみ発生します。

古いペニーでよく見られる、有名で美しい緑色の「緑青」は、完全に形成されるのに最大20年かかることがあります。

自然界で直接使用可能な金属として自然発生する数少ない金属の一つです（鉱石から採掘されるのとは対照的に、他の方法でも作成可能）。このことと、銅が非常に柔らかく加工しやすいという事実が、人類の歴史で人々が最初に加工した金属の一つになった理由です。

実際、銅は非常に重要だったため、銅器時代と呼ばれる歴史の時代があります。

銅は熱と電気に高導電性であり、この理由で電気配線によく使用されます。

また、反応性シリーズで非常に低く、酸、水、鉱石からの金属抽出、その他の反応への反応性の高い順から低い順に配列された金属の進行を示す化学のツールです。その低反応性のため、銅の特定合金（90%銅と10%ニッケル）は、海水にさらされるボートの部品や、飲料水輸送用パイプとして使用されます。自宅や建物を見回せば、多くの家電製品が水を出し入れするために銅管を使用していることに気づくでしょう。

米国住宅都市開発省によると、平均的な銅製給水管は50〜70年持つはずです。

鉄は錆びるか？

はい。技術的にのみ鉄と鉄を含む合金が錆びることを思い出してください。

他の金属の腐食と比較すると、鉄は比較的速く錆びます。特に水と酸素にさらされている場合。実際、鉄が水と酸素にさらされると、数時間以内に錆び始める可能性があります。

鉄は高温にさらされると速く錆びます。極端な温度は金属の化学的構成を変え、環境中の酸素と再結合しやすくさせます。

アルミニウムは錆びるか？

アルミニウムは地球上で最も一般的に使用される金属の一つであり、錆びないことで議論の余地なく最も有名です。アルミニウムは錆びません。鉄の特定の酸化のみが錆と呼ばれ、アルミニウムを作る際に鉄は使用されません。しかし、すべての金属と同様に、アルミニウムは腐食の影響を受けやすいです。

アルミニウムは3段階で作られます:
ステージ 1. 採掘
ステージ 2. 精製
ステージ 3. 電解還元（実際のアルミニウムを生成）

アルミニウムはボーキサイトと呼ばれる鉱物から来ます。ボーキサイトは、アフリカ、西インド諸島、南アメリカ、オーストラリアなどの亜熱帯地域で最も一般的に見つかります（ヨーロッパなど他の場所にも少量の堆積物があります）。オーストラリアは世界最大のボーキサイト生産国で、世界生産量の約23%を供給しています。

このボーキサイトはアルミニウム酸化物に精製され、これはアルミニウムと酸素の原子が結合したもので構成されています。

アルミニウム酸化物に電流を流し、異なる成分を互いに分離します。酸素の泡が一方の端に形成され、純粋な溶融アルミニウムの滴がもう一方の端に集まります。

約4〜5トンのボーキサイトが2トンのアルミニウム酸化物に精製され、1トンの純アルミニウムが生成されます。

アルミニウムは鉄のような他の金属よりもはるかに遅く腐食します。スタンフォードによると、アルミニウムが他の金属ほど容易に腐食しない理由は、水との特別な反応のためです。

通常、水が金属と接触すると、周囲の酸素へさらに速く電子を放出するよう金属を促進します。

しかし、アルミニウムは水に対して特別な反応を示します。水がアルミニウムに触れると、アルミニウムと酸素原子（空気中の酸素ではなく、金属に含まれる酸素）が互いにさらに離れます。

それらは、開始地点からほぼ50%遠くまで離れます。この離れる反応は、アルミニウムの分子構造を十分に変化させ、化学的に不活性になり、腐食しにくくなります。

金属の錆びを防ぐ方法

錆は自然に発生する化学反応です。一部の金属が他より速く錆びるという事実にもかかわらず、それは特定の用途でこれらの金属を利用することを妨げるべきではありません。金属ペイントとコーティング、犠牲バリア、バリアフィルム、多数の防錆ソリューション、スズメッキなど、金属の錆びを防ぐ方法はたくさんあります。各方法は、異なる化合物と材料を利用して、金属と錆と腐食を引き起こす要素の間に保護バリアを作成します。

錆びない金属についてここで学びましょう。

錆を防ぐ方法についての詳細は、以下のブログをご覧ください: スチールと鉄を錆びさせない方法 と ステンレス鋼製品の防錆ソリューション