自由研究 水溶液中の鉄釘 重曹水では錆びない

質問

水道水、１０％食塩水、２０％食塩水、１０％砂糖水、１０％重曹水の中に完全につけて鉄釘の錆び具合を調べました。５種類で、常温と冷蔵庫の中と、温度差がでるようにもしました。
７時間後、水道水＞１０％砂糖水＞１０％食塩水の順で赤錆が出て、２０％食塩水にはほとんど見られず、１０％重曹水にはまったく出ていませんでした。　冷蔵庫に入れた分が錆びかたは少なかったのですが、順序は同じでした。　どうして重曹水では錆びなかったのか、どうして食塩水より砂糖水のほうがよくさびたのかわかりません。よろしくお願いします。

回答No.2

DexMachina · ベストアンサー

水や食塩水などに完全につけた場合、水に溶けた酸素は、その錆びやすさを左右する大きな原因のひとつです。

水に溶けた酸素は、水の中の小さな隙間に入り込んでいるような状態なのですが、食塩や砂糖を入れると、これに押し出されるようになって、溶けていられなくなります。

この「酸素を追い出す効果」は、「砂糖や食塩のグラム数」よりも「砂糖や食塩の粒(分子やイオン)の数」が効いてきます。
砂糖と塩では、食塩の方が一粒当たりの重さは小さいため、砂糖と食塩をそれぞれ同じグラム数で比較すると、食塩の方が何倍も粒子の数が多いのです。
(水に溶かした状態では約10倍以上にもなります)

このため、同じ10％で比べると、砂糖の方が粒子の数としては圧倒的に数が少ないので、その分、酸素が多く溶けていられます。
その結果、10％砂糖水の方が錆びやすくなるのです。

一方、重曹は、粒の数は食塩とあまりかわらないため、酸素の量もそんなにかわりません。
この場合の錆び方に差が出る原因は、液のpHにあります。
一般的に、鉄はアルカリ性よりも中性の方が、また中性よりも酸性の方が、錆びやすいのです。

リトマス紙などのpH試験紙があればわかりますが、重曹水は弱アルカリ性です。
このため、酸素の量が同じくらいであっても、重曹水はアルカリ性だったため、錆びなかったのです。

お礼

お礼が遅くなりました。よくわかりました。ありがとうございました。

回答No.1

noname#62864

釘が錆びるというのは化学的に見れば酸化反応です。
したがって、何らかの酸化剤がなければ錆びないはずです。
今回の実験では、釘が水の中に完全に浸かっているので、水中に溶け込んだわずかな酸素が錆の原因となります。
一般に溶質の多い水溶液には酸素が溶けにくくなります。砂糖と食塩では食塩の方が酸素の溶解度の低下させる効果が大きいのでしょう。
食塩は電解質であり、食塩水中では錆ができやすいようにも思えますし、低濃度では実際に錆びやすくなるようです。しかし、濃度が高くなると、酸素の溶解度が低下することの効果の方が大きくなるようです。

また、塩化物イオンには、釘の表面に生じた錆びから始まった腐食を進める作用があるようです。食塩水は塩化物イオンを出しますが、重曹水は塩化物イオンを出しませんので、わずかに錆が生じたとしても、それが広がっていくことが少ないのではないでしょうか。このことが、重曹水中で錆ができない原因だと思います。

参考URL：

http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/masa/q01-31.htm

お礼

お礼が遅くなりました。ありがとうございました。