腐食

雨の日に外に置いた自転車のチェーンが、数日で赤い粉をふいて固くなってしまった。そんな経験は誰にでもあるはずです。日常でよく見るこの赤いさびこそ、最も代表的な腐食現象です。

純粋な金属は、自然の状態ではエネルギーが高く、とても不安定です。鉄は空気中の酸素と水分に出会うと、すぐに電子を奪われて酸化されやすい性質を持っています。このとき鉄と酸素と水が結びついて、「酸化鉄」という赤くてぼろぼろの新しい物質に変わります。

木が朽ちて土に還るように、人間が火で精錬して作った硬い金属も、もとの鉱物の状態へ絶えず戻ろうとします。特別な呪いではなく、金属がより楽で安定した化学的状態を探していく、自然の大きな法則なのです。

腐食は、化学的には物質が電子を失う酸化還元反応の代表的な例です。金属原子が電子を奪われて陽イオンになると、金属のかたまりから離れ出し、硬かった金属結合の骨組みが崩れていきます。

金属の表面についた小さな水滴ひとつの中でも、精密な電池のような反応が起きています。水滴の中心では鉄が電子を失って溶け出し、水滴の縁では空気中の酸素がその電子を受け取ります。とくに海水の塩分や、冬に道路にまく融雪剤（塩化カルシウム）はイオンが多く、電気をよく通すので、腐食の速度を何倍にも速めます。

もう少し正確に言うと、腐食は表面に汚れがつくことではなく、金属そのものが化学的に消えていく現象です。金属原子が電子を奪われて構造が完全に壊れるので、本来の頑丈さで荷重を支えることができなくなります。

大きな橋や高層ビル、船が腐食で弱くなると、恐ろしい崩壊事故につながりかねません。そこで人類は、金属が酸素や水に直接ふれないよう、緻密な盾を開発してきました。

いちばん一般的な方法は、表面にペンキをていねいに塗ったり油を塗ったりして、空気との接触を根本から断つコーティングです。ただし、小さな傷がひとつできただけで、そのすき間から腐食が一気に入り込むという弱点があります。

これを補うために、亜鉛のように反応性が大きい金属を表面にかぶせるめっき技術を使います。傷がついても、亜鉛が鉄の代わりに先に電子を差し出して酸化される犠牲陽極による防食が起こるからです。また、ステンレス鋼のようにクロムを混ぜた合金は、表面に自分で薄くて緻密な透明の保護膜を作り、内側の金属がさびるのを防いでくれます。