電子防錆装置の効果 イオン化傾向等も考慮した説明

質問

世の中には電子防錆装置なるものがあるようで、橋脚などに対して効果があるようです。この技術を流用して、車に適用したものがあります。
ラストストッパー等がそうです。
錆の発生モデルが下記の通りなので（wiki引用）
-------wiki--------
アノード部： Fe → Fe2+ + 2 e−
カソード部： H2O + 1/2 O2 + 2e− → 2 OH−
これら2つの反応から、以下の反応が起こる。
Fe2+ + 2 OH− → Fe(OH)2
そして、酸素により以下の反応が起こり、
4 Fe(OH)2 + O2 + x H2O → 2 (Fe2O3・x H2O) + 4 H2O
-----------------
電子防錆装置は、車体のなるべく端に、マイナス電極を接続し、他端をGNDとすることで、Bodyに電子を供給し、上記アノード部の作用を発生させにくくするというものです。と言うことで、原理上は、防錆の効果がありそうです。
ところでここからが質問したい課題です。
上記モデルとは異なり、実際、車体には、鉄板とアルミ板とが混在しています。イオン化傾向の異なる金属間に、電解液（雨水＋汚れ等）が存在するので、電池の様なものが存在することになり、と言うことは、イオン化傾向の小さい側は還元作用がなされ、イオン化傾向の大きい側は、酸化されるというものだと思います。ラストストッパーが存在しなければ、それなりに酸化還元作用発生すると思いますが、不用意に鉄板に電圧を加えて、電子を供給してしまうことで、より一層電池構成部に酸化還元作用が促進されないかと言う点が知りたいです。
あまり化学の知識がなく質問しております。上記wikiレベル程度のレベルでご説明頂けると幸いです。よろしくお願い致します。

回答No.2

c80s3xxx · ベストアンサー

> 該当製品は、陰極防錆法と考えており、電子は－電極より供給され、+電極側に流れ、また該当製品に戻ると考えます。

えーとですね．単なる回路ならそれでOKです．しかし，今の場合，この回路の電位は，溶液からは浮いているんですよ．溶液と鉄部の電位関係が重要なのに，そこはこの回路ではぜんぜん操作されない．そこが問題なんです．

> 言い換えると、電子は、該当製品が供給し、もっと大元は、自動車のバッテリーから供給されると考えます。

鉄骨とかの犠牲陽極は，犠牲陽極と鉄骨と電解質溶液の働きをする土等で，電池を構成することで外部電源がいらないだけです．陽極に，たとえば白金を使ったとしましょう．その場合は，この白金と鉄骨の間に，適当な電圧をかければ，同じ状況にできます．白金自体は錆びませんが，この表面で水が酸化されたりすればいいわけです．
電気的な防錆装置もこういう原理でならわかります．しかし，陽極側がどうなっているのかが問題なわけで，電解質を挟んで，鉄部とは独立の電極があって，はじめて電気防食が可能になるのですよ．

> ついては、原理上は、成り立っていると考えます。

原理的に破綻していると思います．

お礼

やっと理解しました。
当方、「Fe → Fe2+ 2e-」ばかりを気にしてしまっており、であれば、電子を供給してやれば、金属結合が勝るのでは？などど考えてしまいました。
結局、鉄板にいくら電子を供給しても、(OH-)とのイオン結合は行われてしまうので、おっしゃる通り、当方が考えていたモデルは破綻してますね。該当製品は実際、もっと違うモデルを想定しているのかも知れませんが。
お付き合い頂きまして誠に有難う御座いました。助かりました。

回答No.1

c80s3xxx

えーと．
錆びるはずの鉄に電子を供給することで (というか，卑な電位に保つことで) 腐食を抑えることはできます．建物でも鉄骨の腐食抑制に犠牲陽極というものを使うのもこの原理ですし，トタン板も同じ原理で腐食を防ぎます．電源がないのですが，この場合は亜鉛のような，鉄よりも酸化されやすい金属を用いることで，勝手に電池が形成されています．なので，電気的にこれを行うことはもちろん可能です．腐食の実験では，鉄の電位を電気回路を使って操作することで，さまざまな環境を人工的に作り出して鉄の変化を調べたりして，実際の防食のための指針をたてたりするわけです．

では，電子防錆装置とやらに効果があるのかといえば，少なくともあなたの説明を読む限りでは，大いに疑問です．
電子を一方的に供給することはできませんね．なので，もう一方の電極があるわけですが，その部分は，逆に錆を促進する状況になるはずです．実際，鉄骨の犠牲陽極にしても，トタンにしても，鉄の腐食を抑えているときには，亜鉛等の，より腐食されやすい金属が代わりに腐食されています．電源装置を用いた腐食抑止の実験でも，なんらかの腐食相当の反応が鉄ではない方の電極でおこります (たとえば水の酸化分解とかでもいいのですが)．
しかし，あなたの説明では，車体のどこかにやっぱりつないでいる．ってことは，そこに錆を集中させるという作戦なのかもしれませんが．

鉄とアルミが接触して，さらに水が挟まれば，それはアルミの腐食が促進されます．ただ，ドライな環境では，別に接触してもかまいませんし，水がかかるようなところには，こういう接触部がこないようになっているか，きっちりと塗装されているか，絶縁性のクッションが挟まっているか，そういう対策はもとともしているはずです．アルミと鉄を溶接したりすることはありませんし．

結局，どことどこにどのような電圧がかかるかが明らかであれば，どうなりそうかある程度予想できると思いますが，今ある説明状況では何の効果もなさそうにしか見えません．

お礼

ご回答誠にありがとう御座います。お陰さまで少し整理できて来ました。
アルミと鉄の間には通常絶縁性のクッションがあるはずとのこと、自動車メーカがこれを考慮しない訳はないので、おっしゃるとおりですね。
もう少し調べてみます。当方の車ではアルミ部材箇所は足回りの一部と限定的なので、アルミ部材箇所を見てみます。
ちなみに、車の先端と後端に電極を設けた場合、＋電位側の錆が促進されるのではとの指摘について。
確かに犠牲電極を持ったものの場合、犠牲電極から電子を供給するとの考えですのでおっしゃるとおりと考えます（陽極防錆法）。しかしながら、該当製品は、陰極防錆法と考えており、電子は－電極より供給され、+電極側に流れ、また該当製品に戻ると考えます。つまり、＋電極側に電子が存在しないかと言うと、絶えず電子が移動し続けているので、電子は－極側と同様＋極にも存在し続けると考えます。言い換えると、電子は、該当製品が供給し、もっと大元は、自動車のバッテリーから供給されると考えます。ついては、原理上は、成り立っていると考えます。
仰るとおり、モデルを図示できれば良いのですが、そもそも製品内部の構成までは不明ですので、今回はご容赦願います。
もし、上記、当方の理解に問題がありましたら、誠にお手数ですが、再度ご教示頂けると幸いです。