腐食概論:腐食の基礎

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  【反応速度定数とは】

 例えば,鉄鋼は,鉄酸化物や鉄硫化物として存在する鉄鉱石を原料として,これにエネルギーを与えて還元することで得られる。このように,貴金属など一部の金属を除き,多くの金属は,酸化状態の化合物にエネルギーを与えて製造される。
 すなわち,多くの金属は,原料とした酸化物より化学ポテンシャルの高い状態,言い換えれば熱力学的には不安定な状態にあることを示す。
 しかしながら,リチウム,ナトリウムなどのアルカリ金属を除く多くの金属は,熱力学的に不安定ではあるが,実用上で不都合なく利用(物質として安定)されている。

状態変化とエネルギー(概念図)

金属の状態変化とエネルギー(概念図)

 “物質として安定であるが,熱力学的には不安定”な金属状態は,右図のエネルギー状態の変化を考えることで理解される。
 図に示すように,状態変化には超えなければならない壁(活性化エネルギー)が存在する。
 実用金属は,活性化エネルギーを容易に超えない環境で使用されているため,実用期間中に大きな状態変化に至らない。
 しかし,環境の変化で,活性化エネルギーを容易に超えるような状況にさらされると,比較的早い期間に熱力学的に安定な酸化状態に変化し,状態のエネルギー差に相当する熱を放出する。例えば,使い捨てカイロ(鉄粉+塩+おがくず+水+酸素)は,この熱を有効利用した製品である。
 状態変化の速さ,すなわち化学反応の速さは,反応に関わる物質の濃度(活量)と反応速度定数に比例する。反応速度定数は,アレニウスの式で示されるように,活性化エネルギーと温度に依存する。
 
   アレニウスの式 : k=A e-Ea/RT
    ここに,k:反応速度定数,A:頻度因子,e:自然対数の底(ネイピアの数),
         Ea:活性化エネルギー,R:気体定数,T:絶対温度

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