腐食概論:腐食の基礎

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 腐食の開始と継続

  【はじめに】

 腐食現象理解に必要な金属の結晶構造や金属表面の構造については【金属表面の特徴】で,腐食反応理解に必要な化学反応の基礎について【腐食は化学反応】で解説した。
 ここでは,金属の腐食開始,すなわち腐食し易さの理解,腐食の進行・継続,すなわち腐食の速さに影響する要因について,次の項目で紹介する。。
 
 【腐食開始について】 :腐食開始時のアノード,カソードと金属表面状態について。
 【原子のイオン化】 :金属の腐食し易さ,金属のイオン化のし易さの指標とは。
 【イオン化エネルギー】 :原子のイオン化の一指標。
 【仕事関数】 :原子のイオン化の一指標。
 【酸化還元電位】 :原子のイオン化の一指標。
 【腐食し易さとは】 :腐食し易さの評価について。
 【腐食の速さとは】 :腐食のし易さと速さの違いについて。
 【環境因子と腐食速さ】 :腐食の速さに影響する環境因子について。
 【溶存酸素濃度】 :溶存酸素濃度と腐食速さについて。
 【流速の影響】 :水中での腐食速さと流速の関係について。
 【腐食の継続について】 :腐食が継続するための条件について。

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  【主な用語の概説】

 腐食(corrosion)
 金属がそれをとり囲む環境物質によって,化学的又は電気化学的に侵食されるか若しくは材質的に劣化する現象。【JIS Z 0103「防せい防食用語」】
 電気化学(electrochemistry)
 化学変化に伴う電気的現象,又は電気の関与する化学変化について研究する化学の一部門。電池・電極反応・電離などの理論および応用を研究。
 電極(electrode)
 電気化学では,広義には金属などの電子伝導体の相と電解質溶液などのイオン伝導体の相とを含む少なくとも二つの相が直列に接触している系(電極系ともいう)。狭義にはイオン伝導体に接触している電子伝導体の相。【JIS K 0213「分析化学用語(電気化学部門)」】
 電極を示す名称には,カソード・アノード,正極(+極)・負極(-極),陰極・陽極などの名称が使われている。特に,陰極・陽極の用語は,技術分野で示す意味が異なり,混乱した使用例が見られるので,注意が必要である。
 なお,カソード(cathode)は還元反応を生じる電極,アノード(anode)は酸化反応を生じる電極をいう。
 イオン(ion)
 原子,又は分子が 1 個,又は数個の電子を授受することで電荷を持つ物質を指す。
 最外殻の軌道電子を放出することで,単原子,又は原子団(複数の原子が結合)は正の電荷を持つ陽イオンになる。
 最外殻の電子軌道に電子を受け取ることで,単原子,又は原子団は負の電荷を持つ陰イオンになる。
 イオン化エネルギー(ionization energy)
 気体状態の単原子(又は基底状態の分子)から原子やイオンなどから電子を取り去るのに要するエネルギー,すなわち,取りだされた電子の結びつきの強さの目安で,エネルギーが小さいほど陽イオンになり易く,陽性が強いという。
 仕事関数(work function)
 物質表面から 1個の電子を無限遠まで取り出すのに必要な最小エネルギーを仕事関数という。
 軌道電子は,熱,光の吸収,原子やイオンなどの衝突で励起され,電子軌道から飛び出る。この電子を励起電子という。
 酸化還元電位(redox potential)
 水溶液中など酸化還元反応が起きる場(反応系)での電子授受で発生する電極電位を酸化還元電位という。 酸化還元電位は,規定する条件下において,反応にあずかる物質の電子の放出しやすさ,又は受け取りやすさを定量的に評価する尺度となる。
 腐食環境(corrosive environment)
 用語「腐食環境」の明確な定義はないが,一般的には,金属やコンクリートなどの材料が,腐食現象により期待耐用期間より早い時期に,実用に耐えない状態になるほど腐食性の高い環境を意味して用いることが多い。JIS Z 2381「大気暴露試験方法通則」では,暴露試験場の環境区分を明確にするため,地域的な気象の特徴による気候区分,大気の汚染状況による大気汚染区分,海塩粒子の飛来量による海塩区分の考え方を附属書(参考)として紹介している。
 大気環境の腐食性を評価する方法として,実用金属の腐食に影響する環境汚染因子の二酸化硫黄(硫黄酸化物),大気浮遊塩分(海塩粒子)の付着度を測定に関し JIS Z 2382「大気環境の腐食性を評価するための環境汚染因子の測定」が規定されている。
 溶存酸素(dissolved oxygen)
 DOと略称され,水中に溶解している酸素の量を意味し,一般的には水の汚染の程度を示す指標として用いられる。海洋や河川では,4~5mg/L を下回ると水中生物の生命が脅かされるといわれている。
 酸素の溶解量は水温,溶解塩類の濃度,気圧などにより影響を受ける。ちなみに,1気圧の蒸留水の飽和溶存酸素は,20℃で 8.84mg/L ,25℃で 811mg/L ,30℃で 7.53mg/L である。

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