第17章電気化学

Key Concepts and Summary重要概念とまとめ

Spontaneous oxidation of metals by natural electrochemical processes is called corrosion, familiar examples including the rusting of iron and the tarnishing of silver. Corrosion process involve the creation of a galvanic cell in which different sites on the metal object function as anode and cathode, with the corrosion taking place at the anodic site. Approaches to preventing corrosion of metals include use of a protective coating of zinc (galvanization) and the use of sacrificial anodes connected to the metal object (cathodic protection).

自然の電気化学的過程による金属の自発的な酸化を腐食と呼び、鉄のさびや銀の変色が身近な例である。腐食過程では、金属製の物体の異なる部位がアノードとカソードとして働くガルバニ電池が形成され、アノードの部位で腐食が起こる。金属の腐食を防ぐ方法には、亜鉛の保護被覆を使うこと（亜鉛めっき）や、金属製の物体につないだ犠牲アノードを使うこと（カソード防食）がある。

Chemistry End of Chapter Exercises章末問題

Exercises 37–42練習問題 37–42

Exercise 37問題 37

Which member of each pair of metals is more likely to corrode (oxidize)?

各組の金属のうち、どちらがより腐食（酸化）しやすいか。

(a) Mg or Ca

(a) MgまたはCa

(b) Au or Hg

(b) AuまたはHg

(d) Ag or Pt

(d) AgまたはPt

Exercise 38問題 38

Consider the following metals: Ag, Au, Mg, Ni, and Zn. Which of these metals could be used as a sacrificial anode in the cathodic protection of an underground steel storage tank? Steel is an alloy composed mostly of iron, so use −0.447 V as the standard reduction potential for steel.

Ag、Au、Mg、Ni、Znの金属を考えなさい。地下の鋼製貯蔵タンクをカソード防食する際、これらのうちどの金属を犠牲アノードとして使えるか。鋼は主として鉄から成る合金なので、鋼の標準還元電位として−0.447 Vを使いなさい。

Solution解き方

Mg and Zn

MgとZn

Exercise 39問題 39

Aluminum

(E_{{Al}^{3+} /Al}^{°} = −2.07 V)

is more easily oxidized than iron

(E_{{Fe}^{3+} /Fe}^{°} = −0.477 V),

and yet when both are exposed to the environment, untreated aluminum has very good corrosion resistance while the corrosion resistance of untreated iron is poor. What might explain this observation?

英語のヒント

アルミニウム

(E_{{Al}^{3+} /Al}^{°} = −2.07 V)

は鉄

(E_{{Fe}^{3+} /Fe}^{°} = −0.477 V),

より酸化されやすい。それでも両方を環境にさらすと、未処理のアルミニウムは非常によい耐食性を持つ一方、未処理の鉄の耐食性は低い。この観察をどのように説明できるだろうか。

Exercise 40問題 40

If a sample of iron and a sample of zinc come into contact, the zinc corrodes but the iron does not. If a sample of iron comes into contact with a sample of copper, the iron corrodes but the copper does not. Explain this phenomenon.

鉄の試料と亜鉛の試料を接触させると、亜鉛は腐食するが鉄は腐食しない。鉄の試料と銅の試料を接触させると、鉄は腐食するが銅は腐食しない。この現象を説明しなさい。

Solution解き方

Both examples involve cathodic protection. The (sacrificial) anode is the metal that corrodes (oxidizes or reacts). In the case of iron (−0.447 V) and zinc (−0.7618 V), zinc has a more negative standard reduction potential and so serves as the anode. In the case of iron and copper (0.34 V), iron has the smaller standard reduction potential and so corrodes (serves as the anode).

どちらの例もカソード防食を伴う。（犠牲）アノードは、腐食（酸化または反応）する金属である。鉄（−0.447 V）と亜鉛（−0.7618 V）の場合、亜鉛の標準還元電位がより負なので、アノードとして働く。鉄と銅（0.34 V）の場合、鉄の標準還元電位がより小さいので、鉄が腐食する（アノードとして働く）。

Exercise 41問題 41

Suppose you have three different metals, A, B, and C. When metals A and B come into contact, B corrodes and A does not corrode. When metals A and C come into contact, A corrodes and C does not corrode. Based on this information, which metal corrodes and which metal does not corrode when B and C come into contact?

A、B、Cという三つの異なる金属があるとする。AとBを接触させると、Bは腐食し、Aは腐食しない。AとCを接触させると、Aは腐食し、Cは腐食しない。この情報に基づき、BとCを接触させたとき、どちらが腐食し、どちらが腐食しないか。

Exercise 42問題 42

Why would a sacrificial anode made of lithium metal be a bad choice

リチウム金属で作った犠牲アノードが、不適切な選択になるのはなぜか。

Solution解き方

While the reduction potential of lithium would make it capable of protecting the other metals, this high potential is also indicative of how reactive lithium is; it would have a spontaneous reaction with most substances. This means that the lithium would react quickly with other substances, even those that would not oxidize the metal it is attempting to protect. Reactivity like this means the sacrificial anode would be depleted rapidly and need to be replaced frequently. (Optional additional reason: fire hazard in the presence of water.)

英語のヒント

リチウムは、その還元電位から他の金属を保護できるはずだが、この高い電位は、リチウムがどれほど反応性に富むかも示している。リチウムはほとんどの物質と自発的に反応するだろう。これは、保護しようとする金属を酸化しない物質さえ含めて、他の物質とリチウムが速やかに反応することを意味する。このような反応性のため、犠牲アノードは急速に消耗し、頻繁な交換が必要になる。（追加してもよい理由：水が存在すると火災の危険がある。）

cathodic protection

カソード防食

approach to preventing corrosion of a metal object by connecting it to a sacrificial anode composed of a more readily oxidized metal

より酸化されやすい金属から成る犠牲アノードをつなぐことにより、金属製の物体の腐食を防ぐ方法。

corrosion

腐食

degradation of metal via a natural electrochemical process

自然の電気化学的過程を通じた金属の劣化。

galvanization

亜鉛めっき

method of protecting iron or similar metals from corrosion by coating with a thin layer of more easily oxidized zinc.

より酸化されやすい亜鉛の薄い層で覆うことにより、鉄または同様の金属を腐食から保護する方法。

sacrificial anode

犠牲アノード

electrode constructed from an easily oxidized metal, often magnesium or zinc, used to prevent corrosion of metal objects via cathodic protection

酸化されやすい金属、多くはマグネシウムまたは亜鉛で作られた電極。カソード防食を通じて金属製の物体の腐食を防ぐために用いられる。

salt bridge

塩橋

tube filled with inert electrolyte solution

不活性な電解質溶液で満たされた管。