高温における水とジルコニウムの反応

質問

原発のニュースで知りましたが
ジルコニウムが水と反応し水素が出るそうですね。

ジルコニウムのイオン化傾向は大きいのでしょうか?
標準酸化電位はどのくらいですか?

もしかして高温になると酸化皮膜が取れて(or効果が無くなって?)
ナトリウムやマグネシウム等と同様な反応をするのでしょうか?

回答No.1

kagakusuki · ベストアンサー

25℃の条件下で、ジルコニウムイオンの以下の反応における標準電極電位は-1.55Vです。

Zr^4+ ＋ 4e^- ＝ Zr

　因みに、アルミニウムイオンが金属アルミニウムになる反応の標準電極電位は-1.676V、
亜鉛イオンが金属亜鉛になる反応の標準電極電位は-0.763V
ですから、"常温においては"亜鉛よりもイオンになり易く、アルミニウムよりは僅かになり難いと言った処だと思います。
　但し、標準電極電位は温度が変われば、値も変化しますから、ジルコニウム合金が融解する程の高温におけるイオン化傾向が、どうなるのかは判りません。
　ジルコニウムは空気中においては、空気中の酸素と結合して、アルミニウムやチタン、ステンレス鋼等と同様に、表面に酸化被膜が自然に生じて、内部が保護されます。
　原子炉の中には酸素は殆どありませんが、燃料被覆管は製造された時に、空気に曝されますから、その時に酸化被膜が生じています。
　尤も、高温（何百℃かは知りませんが、おそらく千℃未満）においては、ジルコニウムは空気中で発火しますから、融解する程の高温では酸化被膜も役には立たない筈です。

　尚、水は高温では、意外と安定ではなく、昔、NHKの高校化学の番組で、ガスバーナーで加熱した銅管に水蒸気を通し、水蒸気を銅で還元して、水素を生成する実験が行われていました。