(57)【要約】【課題】  実験講習会や学校の授業において、安全、容易かつ比較的短時間で金属の腐食実験を行なうことができる金属腐食実験キットを提供する。【解決手段】  少なくとも、鉄板２１の表面の一部に、銅板２２、亜鉛板２３の少なくともいずれかが貼着された観察用金属板２と、容器に封入された、観察用金属板に接触させるための試験溶液Ａ３及び試験溶液Ｂ４と、塩化ナトリウム粉末とを備え、試験溶液Ａは、濃度が１〜５％の塩化ナトリウム水溶液と、フェリシアン化カリウムからなる指示薬Ａと、フェノールフタレイン溶液からなる指示薬Ｂの混合物であり、試験溶液Ｂは、濃度が１〜１０％の過酸化水素水である。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、鉄板の表面の一部に、銅板、亜鉛板の少なくともいずれかが貼着された観察用金属板と、容器に封入された、前記観察用金属板に接触させるための試験溶液Ａ及び試験溶液Ｂと、塩化ナトリウム粉末とを備え、
前記試験溶液Ａは、濃度が１〜５％の塩化ナトリウム水溶液と、フェリシアン化カリウムからなる指示薬Ａと、フェノールフタレイン溶液からなる指示薬Ｂの混合物であり、
前記試験溶液Ｂは、濃度が１〜１０％の過酸化水素水であることを特徴とする金属腐食実験キット。
【請求項２】
前記観察用金属板の表面の一部を覆うための濾紙を含むことを特徴とする請求項１に記載の金属腐食実験キット。
【請求項３】
前記観察用金属板の表面を研磨するための研磨紙と、研磨した表面を清浄するためのエタノールを染み込ませたウエスと、乾いたウエスを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属腐食実験キット。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、金属の腐食についての各種実験に用いることができる実験キットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、金属の腐食について、実験により金属表面の経時的な変化を観察する場合には、試験対象金属材料、試薬、その他の実験器具等が必要になる。
【０００３】
また、上記のような金属の腐食実験において、できるだけ観察時間を短くするためには、所定の環境下で、試験対象金属材料に対してｐＨが極端に低い強酸性、或いはｐＨが極端に高い強アルカリ性の試薬を接触させて強制的に腐食反応を起こさせる必要がある。
【０００４】
一方、例えば、実験講習会や学校の授業、また、学生の自由研究等のような学習を目的とした金属腐食実験を実施する場合には、安全性や廃液処理の観点から、試薬として強酸性、強アルカリ性の試薬を用いることが望ましくない場合が多い。そのため、安全性を考慮した試薬を用いて実験を実施した場合、腐食反応がゆっくりと進行し、短時間で金属腐食を観察することが困難であった。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
本考案は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、実験講習会や学校の授業において、安全、容易かつ比較的短時間に金属の腐食実験を行なうことができる金属腐食実験キットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案は、上記の技術的課題を解決するためになされたものであって、以下のことを特徴としている。
第１に、少なくとも、鉄板の表面の一部に、銅板、亜鉛板の少なくともいずれかが貼着された観察用金属板と、容器に封入された、前記観察用金属板に接触させるための試験溶液Ａ及び試験溶液Ｂと、塩化ナトリウム粉末とを備え、
前記試験溶液Ａは、濃度が１〜５％の塩化ナトリウム水溶液と、フェリシアン化カリウムからなる指示薬Ａと、フェノールフタレイン溶液からなる指示薬Ｂの混合物であり、
前記試験溶液Ｂは、濃度が１〜１０％の過酸化水素水であることを特徴とする金属腐食実験キットである。
第２に、前記第１の考案の金属腐食実験キットにおいて、前記観察用金属板の表面の一部を覆うための濾紙を含むことが好ましい。
第３に、前記第１又は第２の考案の金属腐食実験キットにおいて、前記観察用金属板の表面を研磨するための研磨紙と、研磨した表面を清浄するためのエタノールを染み込ませたウエスと、乾いたウエスを含むことが好ましい。
【考案の効果】
【０００７】
本考案の金属腐食実験キットによれば、実験講習会や学校の授業において、安全、容易かつ比較的短時間に金属の腐食実験を行なうことができる金属腐食実験キットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本考案の金属腐食実験キットの一実施形態を示す写真である。
【図２】観察用金属板の一実施形態を示す写真である。
【考案を実施するための形態】
【０００９】
以下、本考案の金属腐食実験キットの実施形態について図面に基づいて詳述する。図１は、本考案の金属腐食実験キットの一実施形態を示す写真であり、図２は、観察用金属板の一実施形態を示す写真である。
【００１０】
本実施形態の金属腐食実験キット１は、図１に示すように、観察用金属板２と、容器に封入された試験溶液Ａ３及び試験溶液Ｂ４と、塩化ナトリウム粉末５を備えている。
【００１１】
観察用金属板２は、図２に示すように、鉄板２１の表面の一部に銅板２２、亜鉛板２３の少なくともいずれかの金属板が貼着されている。鉄板２１の表面の一部に予め銅板２２、亜鉛板２３の金属板を貼着しておくことにより、異種金属接触腐食実験を容易に実施することができる。観察用金属板２の大きさや厚みは特に限定されるものではないが、取り扱い性等の観点から、大きさは一辺４〜１０ｃｍ程度、厚さは０．１〜２ｍｍ程度が望ましい。
【００１２】
観察用金属板２の表面に接触させる試験溶液Ａ３は、濃度が１〜５％の塩化ナトリウム水溶液と、フェリシアン化カリウムからなる指示薬Ａ及びフェノールフタレイン溶液からなる指示薬Ｂの混合溶液である。
【００１３】
塩化ナトリウム水溶液は、観察用金属板２の表面に接触させて金属板表面を溶解（錆を発生）させるものである。また、塩化ナトリウム水溶液に対して指示薬Ａとしてのフェリシアン化カリウムと、指示薬Ｂとしてのフェノールフタレイン溶液を含有させることにより、観察用金属板２表面の溶解（錆の発生）状況を変色により確認することが可能となる。従って、試験溶液Ａ３のみを用いることにより腐食機構の可視化実験を行うことができる。指示薬Ａ及び指示薬Ｂの含有量は、塩化ナトリウム水溶液による金属板の腐食を阻害せず、所定の変色反応を示す範囲であれば特に限定されるものではないが、通常、指示薬Ａ、指示薬Ｂ共に０．５〜３％程度が考慮される。
【００１４】
観察用金属板２の表面に接触させる試験溶液Ｂ４は、濃度が１〜１０％の過酸化水素水である。観察用金属板２に試験溶液Ｂ４を接触させることにより観察用金属板２の表面に不動態皮膜を生成させることができ、これにより不動態皮膜の形成を観察することが可能となる。
【００１５】
なお、本実施形態の金属腐食実験キット１において、上記試験溶液Ａ３及び試験溶液Ｂ４は可撓性を有する樹脂製容器に封入されており、観察用金属板２表面に対して一滴ずつ滴下可能となっている。
【００１６】
塩化ナトリウム粉末５は、上記試験溶液Ｂ４と共に用いるものであり、試験溶液Ｂ４により観察用金属板２の表面に形成された不動態皮膜に対して塩化ナトリウム粉末５を振りかけることにより、観察用金属板２の表面の腐食、即ち、不動態皮膜の破壊を観察することが可能となる。
【００１７】
また、本実施形態の金属腐食実験キット１には濾紙６を含むことが好ましい。濾紙６は、観察用金属板２の表面の一部を覆うために用いるものであり、観察用金属板２表面に置いた濾紙６に水を滴下して湿らすことにより、水中における堆積物等を模したものとすることができ、模擬堆積物下の通気差による腐食状況を観察することできる。
【００１８】
さらに、本実施形態の金属腐食実験キット１には観察用金属板２の表面を研磨するための研磨紙７と、研磨した表面を清浄するためのエタノールを染み込ませたウエスと、乾いたウエス９を含むことが好ましい。金属腐食実験においては、より正確な実験を行うために実験開始時点の観察用金属板２の表面は油汚れや酸化皮膜の形成がない状態にしておく必要がある。本実施形態によれば、観察用金属板２の表面を研磨紙７により研磨して、すぐに研磨した表面をエタノールを染み込ませたウエス８で清浄し、さらに乾いたウエス９でエタノールを拭き取ることにより、観察用金属板２の表面を油汚れや酸化皮膜のない清浄された状態とすることができる。
【００１９】
また、本実施形態の金属腐食実験キット１においては実験の作業性を考慮して、上記構成のほか、例えば、実験用バットやピンセット等の実験用器具を追加することもできる。
【実施例】
【００２０】
以下に、本考案の金属腐食実験キットを用いた金属腐食実験の実施例（実験１〜５）について詳述する。なお、本考案は下記実施例により何ら限定されるものではない。
【００２１】
＜実験１：不動態とその破壊実験＞
（１）実験１の概要
鉄の表面には環境により不動態とよばれる保護性の皮膜が存在し、この皮膜が存在すると鉄はほとんど腐食しない。しかしながら、何らかの要因により不動態皮膜が破壊された場合にはその場所から腐食が進行する。本実験１では不動態の耐食性とその破壊を確認することができる。
【００２２】
（２）実験方法
本実験キットの観察用金属板（鉄板）、試験溶液Ｂ、塩化ナトリウム粉末を用意する。
観察用金属板（鉄板）の表面に試験溶液Ｂを一滴滴下して、表面の変化を観察する。
次に、観察用金属板２の表面の液滴に塩化ナトリウム粉末を振りかけ、表面の変化を観察する。
【００２３】
（３）結果と考察
本実験１では、試験溶液Ｂを滴下しても鉄板表面で錆は生じない。これは鉄板表面に不動態皮膜とよばれる保護性の皮膜が生成したためである。しかし、そこに塩化ナトリウム粉末をふりかけると観察用金属板（鉄板）表面で錆が発生する。これは、塩化ナトリウム粉末に含まれている塩化物イオンが不動態皮膜を破壊する作用があり、不動態皮膜が破壊された部分で腐食が生じたためである。このように不動態皮膜は保護性の皮膜であるが、環境中に塩化物イオンのような不動態皮膜を破壊する物質を接触させると、不動態皮膜は破壊され、腐食が進行することを確認できる。
【００２４】
＜実験２：腐食機構の可視化実験＞
（１）実験２の概要と目的
鉄板表面で腐食が生じる場合、鉄板表面でどのような反応が起きているかを確認することができる。確認方法として、二種類の指示薬による鉄板表面の溶液の色の変化を観察して反応を予測する。
【００２５】
（２）実験方法
本実験キットの観察用金属板（鉄板）、試験溶液Ａを用意する。
液滴（１〜２ｃｍ程度）を観察用金属板（鉄板）表面に滴下し、液滴の色の変化を観察する。
【００２６】
（３）結果と考察
本実験２では、鉄板表面で起きる腐食反応を指示薬の色の変化を用いて確認する。試験溶液Ａに含まれる指示薬のうち、指示薬Ａのフェリシアン化カリウムは鉄（II）イオン（Ｆｅ２＋）が存在すると青色に変色する。また、指示薬Ｂのフェノールフタレイン溶液は水酸化物イオン（ＯＨ−）が存在すると赤色に変色する。従って、溶液が変色した箇所では変色した色によって如何なる成分が生成したかを判別することができる。実際に鉄板が溶解した部分と溶解しなかった部分では、各々以下の反応が起きている。
鉄板が溶解した部分（錆が生じた部分：青色に変化した部分）では、
Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅ−（鉄が鉄（II）イオン  Ｆｅ２＋になる反応）
の反応によって鉄（II）イオン  Ｆｅ２＋が生成している。
【００２７】
一方、鉄板が溶解しなかった部分（錆が生じなかった部分：赤色に変化した部分）では、
Ｈ２Ｏ＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→２ＯＨ−（水酸化物イオンが生成する反応）
の反応によって水酸化物イオンＯＨ−が生成している。これにより金属が腐食する際、錆が生じる部分と錆が生じない部分が必ず対になって生じることを確認することができる。
【００２８】
＜実験３：堆積物下の通気差による局部腐食実験＞
（１）実験３の概要と目的
水中では、水深や堆積物の影響等、種々の要因によって通気差（酸素の鉄表面への到達しやすさ）が生じる。この通気差が原因となって局所的に腐食が進行することがある（通気差腐食）。本実験では堆積物を模した濾紙を用いて観察用金属板（鉄板）表面に通気差ができる環境を作り、金属がどのように腐食するかについて指示薬を用いて確認する。
【００２９】
（２）実験方法
本実験キットの観察用金属板（鉄板）と濾紙と試験溶液Ａを用意する。
観察用金属板（鉄板）の上に濾紙を置き、濾紙に水を含ませる。
次に、濾紙全体が覆われるように試験溶液Ａを滴下して液滴を作り、溶液の色の変化を観察する。
【００３０】
（３）結果と考察
模擬堆積物（濾紙）の下の部分は青色に、その周囲は赤色になる。従って、
模擬堆積物（濾紙）の下の部分（青色：錆が生じる部分）は、
Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅ（１）
模擬堆積物濾紙の周囲部分（赤色：錆が生じない部分）は、
１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ→２ＯＨ−（２）
の反応が起こっていることがわかる。
【００３１】
上記の結果から、模擬堆積物の下の部分は通気性が悪いため酸素が到達しにくくなり、通気性の違いにより模擬堆積物の下の部分に選択的に錆が生じたものと考えられる。実際の環境中においても、堆積物の下は通気性が悪いため、堆積物の下はその周囲よりも腐食が激しく起こり短期間で貫通孔が生じる。
【００３２】
＜実験４：異種金属接触腐食実験＞
（１）実験４の概要と目的
金属は相対的に錆やすい性質の金属と錆にくい性質の金属がある。そのため、種類の異なる金属が接触すると、金属の持つ性質の差により一方が選択的に錆る現象が起こる（異種金属接触腐食）。一方、この性質を利用して金属を防食することも可能である。本実験４では、鉄と銅を用いて異種金属接触腐食のしくみを確認することができる。
【００３３】
（２）実験方法
本実験キットの観察用金属板（鉄板の一部に銅板が貼着されたもの）と試験溶液Ａを用意する。
観察用金属板（鉄板と銅板周辺）に試験溶液Ａを滴下し、溶液の色の変化を観察する。
【００３４】
（３）結果と考察
鉄板と銅板が接触していると、鉄板上で選択的に錆が生じる。これにより、鉄板が銅板よりも腐食しやすい性質を持つ金属であることが確認できる。
【００３５】
＜実験５：電気防食実験＞
（１）実験５の概要と目的
本実験５では、鉄と亜鉛により電気防食のしくみを確認することができる。
【００３６】
（２）実験方法
本実験キットの観察用金属板（鉄板の一部に亜鉛板が貼着されたもの）と試験溶液Ａを用意する。
観察用金属板（鉄板と亜鉛板周辺）に試験溶液Ａを滴下し、溶液の色の変化を観察する。
【００３７】
（３）結果と考察
鉄と亜鉛の組合せでは、鉄板の溶液が赤色に変色する。従って、鉄板は錆ていないことが確認できる。このように、鉄よりも錆やすい亜鉛を接触させることにより、鉄の腐食防止を確認することができる（電気防食（特に犠牲アノード方式による電気防食））。
【００３８】
本考案の金属腐食実験キットによれば、実験講習会や学校の授業において、上記の実験１から実験５のような金属腐食に関連する各種実験を安全、容易かつ比較的短時間で行なうことができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  金属腐食実験キット
２  観察用金属板
２１  鉄板
２２  銅板
２３  亜鉛板
３  試験溶液Ａ
４  試験溶液Ｂ
５  塩化ナトリウム粉末
６  濾紙
７  研磨紙
８  エタノールを染み込ませたウエス
９  乾いたウエス
【図１】
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【図２】
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