アルミニウムは水溶液から電着（電析）できますか？

質問

アルミニウムは水溶液（例えばAlCl3溶液）から電着（電析）できないと考えられているようです。その理由として、標準電極電位が-1.66Vであるため（ネルンストの式よりモルギブスエネルギー変化が正なので、反応は非自発的であるため）とされています。そのため、融解塩電解や有機溶媒系での電着が主流であるとのことでした。（引用文献の名前は伏せさせて頂きます）

しかし、標準電極電位が負の値である、すなわち反応が自発的に起こらないということは、外部からエネルギー等与えれば反応は進むということではないでしょうか？つまり、電着では外部電源により電圧を印加するわけですから、非自発反応であっても、ある程度の電圧をかければ反応は進むのではないかと思っております。

実際に電着できないのは、分極してしまうからなのでしょうか？それとも、イオン化傾向が水素に比べてAlの方が高いために、陰極で水素しか発生しないのでしょうか？

自分でアルミニウムの水溶液に電極さしたことが無いのでわからないのですが、どうも納得できません。詳しい方はご教授よろしくお願い申し上げます。

回答No.1

c80s3xxx · ベストアンサー

アルミは水溶液からの電気メッキでは析出できません．
それは反応が非自発的だからではありません．
当然，電気分解によってその分のエネルギーを与えればよいだけの話で，質問者の見解は妥当です．
ではなぜできないのか．
それは主に水素過電圧のせいです．
アルミは水素よりイオン化傾向が大きいので，アルミのイオンを電解でアルミニウムに戻すために必要な電位では，原理的により容易に水素イオンが還元されてしまいます．しかし，メッキされる側の性質によっては，水素イオン還元の速度が遅く，アルミの電解析出の電位でも水素発生があまりおこらないということはあり得ます．問題は，アルミが析出した後です．
電極としてのアルミニウムは，水素還元のための過電圧が比較的小さく，アルミニウムイオンを還元できるような電位では，水素イオンの還元は非常にスムーズにおこってしまいます．
したがって，水素イオンが存在すると，アルミニウムの析出よりも水素発生に電流のほとんどが使われてしまい，肝心の析出が進まないという異なります．
この逆の例としては亜鉛のメッキがあります．亜鉛も水素よりイオン化傾向が高いので，亜鉛が析出する電位では，本来は水素イオンはより容易に還元されてしまうはずです．
しかし，金属亜鉛は水素イオン還元の過電圧が比較的大きいため，亜鉛が析出した後も，引き続き水素発生が少なく亜鉛析出が進行するという状況を維持できます．そのために水溶液からのメッキが可能なのです．

お礼

丁寧かつ分かりやすいご説明、誠にありがとうございます。

非常に勉強になりました。

お答え頂いたのに我儘を申し上げて申し訳ないのですが、どのような教科書を参考にすれば良いでしょうか？自分は農学部の学生で、化学に弱いです。一般的な物理化学の教科書(アトキンスとか)を参考にして標準電極電位のところまではたどり着けたのですが、水素過電圧のあたりをしっかりと理解するためにどのような本を手に取れば良いかまではわからない状況です。

甘えてしまって申し訳ありませんが、もしよろしければ参考にすべき教科書など教えて頂ければ幸いです。よろしくお願い申し上げます。

回答No.2

c80s3xxx

教科書ですか．
これは「めっきの教科書」を当たるしかないと思いますね．
ふつうの物理化学の教科書では，具体例まで載っていないことの方がふつうでしょう．
電気化学の教科書でも，めっきの各論までは．

お礼

ありがとうございます!!
さっそく探してみます。

化学便覧を当たったところ、過電圧が電極の種類、電極反応の種類、電極の表面状態、電流密度、温度などに依存することが分かりました。

電気科学の教科書でも各論までは載っていないなら、Google Scholarで「めっき」、「Overvoltage」と自分が対象とする電解質溶液と電極で検索して該当する内容を論文から探すしかないかなと考えています。

ご助言誠にありがとうございました。