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さびの研究での疑問
小６の子供が夏休みの自由研究でさびの研究をやっています。鉄釘をいろいろな液体につけてさびのできかたを観察しています。液体は水、高濃度食塩水、砂糖水、酢、エタノールです。そこで疑問なのですが、酢につけてある釘の液体からでている部分のさびが他のものに比べると急速に発生しています。それがどうしてなのか小学生にわかるように説明したいのですがどなたかお教えいただけないでしょうか。 高濃度食塩水が水よりさびにくい訳も教えて頂けると幸いです。
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No.2です。 酢の場合に、液体からでている部分が急速に錆びていくことに関する補足説明です。 溶液中で、水素が発生しているのであれば、溶液中の釘の表面で、還元反応が起こっており、水中の水素イオンが還元水素ガスになっていることになります。そうすると、その還元に使われる電子を補給するための酸化反応が、釘とつながっているどこかで起こっていることになります。それが釘が溶液から出ている部分で、釘の酸化（すなわち錆の発生）という形で起こっていると考えればつじつまが合います。この場合には、溶液中で鉄が溶けるということはないはずです。その変わりに、釘が錆びていることになります。この部分を訂正して下さい。 なお、前回あげた参考URLでは、真ん中付近のq01-035の部分をお読み下さい。
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- aka_tombo
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＃４です ＞釘を液につけないで酢酸雰囲気中においてもさびは同様に発生するのでしょうか。 これはやっていないので即答できかねますが、おそらく表面が黒くなり、ぽたぽたと落ちて酢酸層が黒く着色するような結果になるのでは？と思います。酢酸自身が酸化力は弱いので、あまり短期の反応は期待できないかもしれません。高温下においてやれば速くなる可能性はあります。 試験管のようなものに糸でつるし、下の方に酢をためておけば実験できるでしょう。水や食塩水との比較も面白いかもしれません。食塩は揮発性はありませんから、基本的には水と同程度のさびになると思いますが・・・
お礼
実験の新たな着眼点になりそうです。子供にアドバイスしてみます。
- sqwe-ir
- ベストアンサー率23% (79/332)
強アルカリ溶液の脱酸作用で、錆が溶け出した。 鉄もそろそろ溶け出すと思う。 高濃度食塩水は、酸素が溶け込まないので錆びないと思う。
お礼
回答ありがとうございます。強アルカリ溶液の脱酸作用・・・？ですが食塩水のほうは追加実験をはじめたようです。溶液中の酸素濃度って計れるのでしょうか。
- DexMachina
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酢につけた釘の、液から出た部分のサビについての私見です。 aka tonboさんが言われる通り、通常、鉄釘やネジには防錆処理がされています。 (クロムメッキだったり亜鉛メッキだったり各種クロメート処理だったり) で、基本的には鉄表面に耐酸化性の被膜をつくるのですが、これは逆に還元的反応に対しては、あまり耐性を持ちません。 (例えば、鉄を酸化性の濃硝酸に入れると、酸化被膜をつくりいわゆる不動態となるため腐蝕されませんが、塩酸などに入れると、耐酸化被膜が溶けた上で、鉄は水素を発生して溶解します) ご質問の酢の場合ですが、これも酸化性のない酸のため、耐酸化性の被膜を溶かしたうえで、鉄を腐蝕していきます。 ところが、液面付近の場合、表面張力によって耐酸化被膜が溶かされる一方、液中に比べて圧倒的に多い酸素と直接触れるため、耐酸化被膜の上から徐々に腐蝕されるその他の溶液に比べ、圧倒的に腐蝕されると考えられます。 なので、aka tomboさんの言われるように「表面を削って」という比較実験というのも面白いのでは、と思います。
お礼
回答ありがとうございます。表面をヤスリで磨いて試してもます。
- aka_tombo
- ベストアンサー率44% (87/196)
酢に浸かっているものは、液中の酸素濃度に比べ、吸気中の酸素濃度は大きいですから、酢酸雰囲気中での（酢酸は揮発します）空気酸化がより促進されるのではないでしょうか。酸素と酢酸のガスが一緒になって鉄を食っているようなイメージです。 食塩水と水の問題についてですが、鉄釘は保護膜をつけて販売していると思います。スズメッキみたいなものではなかったかと・・・（この部分自信がありません）で、実験に使う上では紙ヤスリなどでこの保護膜を取り除くために磨いておく必要があるのですが、これをやっていないのではありませんか？ 実は、私も子供の頃にこの失敗をやりました。これをやればすぐに錆びます。まだ間に合うと思いますよ。磨いたものと磨かないものの比較、などという裏テーマに持っていくことも可能です。
お礼
回答ありがとうございます。酢酸雰囲気中での（酢酸は揮発します）空気酸化とありますが釘を液につけないで酢酸雰囲気中においてもさびは同様に発生するのでしょうか。 確かにやすりで磨いてはやっていません。磨いてからまた試してみます。
- vrog003
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もしかして、酢と食塩水が逆になっている可能性はありませんか？
補足
そんなことはありません。
これは、小学生に説明するのはなかなか難しいですし、大人にとっても難問だと思います。 答は参考URLで詳しく説明されていますが、要するに食塩水の場合には、高濃度になると酸素が溶けにくくなるために、低濃度の食塩水の場合よりも錆びにくくなるということのようです。 また、酢の場合には、錆の発生メカニズムが異なっており、鉄が硫酸などに溶けて、水素が発生するのと同様にゆっくりと水素を発生しながら錆びているそうです。釘の表面に細かい水素の泡は観察されましたか？もしもそうでしたら、観察結果がうまく説明できますね。 ＊この参考URLのご説明はいろいろと勉強になり面白いと思いました。
＞高濃度食塩水が水よりさびにくい訳も教えて頂けると幸いです。 これは実験結果でしょうか？ イメージでは塩素イオンの含まれる食塩水の方が赤錆が出そうな気がしますが。 酢の方はわかりません。気体は発生しないとおもうのですが。 そもそも化学反応って小６には難しいお題ですね。 今のカリキュラムでは習うのでしょうか？ （私の時代は中学で習いました）
補足
私も高濃度の食塩水のほうが早くさびができそうな気がして、子供にどのくらい食塩を入れたらよいか聞かれたときに溶けなくなるくらいとこたえてしまいました。しかし後で調べてみると３％食塩水ぐらいが一番さびやすいことがわかりました。今回は化学反応まではふれないで観察に重点をおくつもりです。
お礼
回答ありがとうございます。参考URLは非常にためになりました。ズバリ私の疑問の答えという感じです。しかし小６の子供にはちょっと難しいかもしれません。がんばって私なりに説明してやるつもりです。今回は観察重点の自由研究になっても今後のきっかけになればよいと思っています。補足もためになりました。ありがとうございます。