ファラデーの研究態度と金属研究
金

児

紘

征

験の遂行を自己研鑽のプロセスとする研究態度であった．

.

ま え

が

き

22 歳の時に王立研究所でカリウムなど 6 個の元素発見者である Davy の助手に採用された．初めて論文を書いたのが25
どの学問分野も先人の業績の積み重ねの上に成り立ってい歳の時で， 30 歳前後までが初期研鑽過程である．それからる．ところが，我々は往々にして結果のみを学び，どのよう10 年 間 が よ り 高 度 な 研 鑽 過 程 で あ る ． 40 歳 の 時 ，にして得られてきたかを知ることは少ない．過去の知見は常Philosophical Transactions 誌に，その後 20 年余りで 30 編続に陳腐になるのが宿命であるが，得られた経緯を知ることはくシリーズ論文，Experimental Researches in Electricity を研究の仕方を学ぶ観点から常に大切であると考える．ファラ

書き始めて研鑽期間を終えた．もっとも彼は研鑽は一生涯続デー(Michael Faraday, 17911867)はイギリスの実験科学者

くという認識であった．

で電磁気学と電気化学の分野で大発見をした(1)．彼が金属研

一方，生活信条としてはキリスト教に対する信仰心が篤究をしていたことは顕著な他の業績に隠れてあまり知られてく，失敗を取り繕わない正直さ，特許申請しない金銭的無欲

いないが，紛れもなくその分野の先駆者であった．

さ，爵位を断る謙虚さなど，自らに厳しい身の処し方を研究彼が行った金属研究としては磁気材料研究もあるが，本稿態度に反映させた．

では誰もが試みなかった多くの添加元素による合金鋼開発を後の論文集(3)の中の講演録 ``Observations on Mental Edu-

したことと酸化薄膜の生成が成因であると仮説を打ち立てた

cation'' で彼の教育観，研究観を知ることができる．人は自鉄の不働態研究を取り上げる．彼がどのような態度で研究に

己研鑽すべきであると言い，次のように述べた．他人の意見臨み，いかに研究を進めて成果を得たか，その足跡をたどに盲目的に従わない．さりとて，好ましい意見ばかり探してる．今も彼の研究者魂から多くのことを学び取ることができ

反対意見を無視するのはよくない．正しいかどうかは自ら点るのではないだろうか．

検する．自らを疑うべきである．
教育は諭すものではないと考えていた．指導者は指導され

.

研 究

態

度

(2)

る者より賢いわけではない．教育の最重要事項は判断力を磨くことであり，それを自己研鑽によって達成すべきである．

ファラデーの学問的業績のみならず，その研究態度には深判断を間違うのは判断力不足による．我々の感覚は素晴らし

い感銘を覚える．自己研鑽の努力と信仰心に基づく真摯な研

いが，感覚だけで判断すると間違う．情報不足の段階で判断

究態度であったからこその学問的業績とも思える．彼のそのするのがよくない．慌てて判断する必要はない．判断に絶対資質が反映された研究全体に臨む態度および具体的に研究すはないので，どのような判断も保留状態にあると考えるべきる時の流儀について述べる．

である．彼は科学研究をすることが思考を研ぎ澄まし，その彼は鍛冶屋に生まれ初等教育しか受けなかったことを自覚し， 20 代は科学研究の傍ら，基礎学力をつけるため勉強サークルに入って自己研鑽した．自ら学び，自ら点検し，自ら科学的思考法自体が社会に役立つと考えていた．
彼の研究態度に基づく具体的な研究流儀には際立った以下の特徴がある．

改善することを科学実験で実践した．言い換えれば，科学実秋田大学名誉教授(〒0108502 秋田市手形学園町 1 番 1 号)
Faraday's Research Attitudes and Metallurgical Researches; Hiroyuki Kaneko(Emeritus Professor of Akita University, Akita)
Keywords: Faraday's diary, Wootz steel, meteoric iron,alloy steel, noble metal, James Stodart, Robert Hadfield, passivity, passive film, galvanic
corrosion, Christian Schoenbein
2021年 3 月 1 日受理[doi:10.2320/materia.60.507]

ま て り あ 第60巻 第 8 号(2021)
Materia Japan







克明な研究ノートの作成(4)

彼は記録して残すことにこだわった． 1831 年， 40 歳の時，それまでの試行錯誤の後に，実験ノートの記述法を一新
し，まとまった文章の段落に通し番号を付け始めた．本稿の最近，なるべく少量の試料，溶液を使用して化学実験を行う
マイクロスケールケミストリーが教育現場で推奨されているが，ファラデーはその先駆けである．



単独研究

不働態研究の付録で実例を示す．最終番号は 68 歳の時の実験作業を手伝う助手 1 名を雇ったが，実質的には単独

16041 番に達する．彼自身は Experimental Notes と称した研究であった．したがって発表論文の一切に精通していた．

が，実験結果のみならず，研究計画，必読論文，実験方法，

彼が単独研究をしたのは，他人のペースと合わなかったため考察などを含むから研究ノートであり，以下研究ノートと称と発表内容に強い責任感を持っていたためと推測する．同じする．後々までも自らの研究の歩みの証として取り扱ってい現象を観察しても人それぞれ別に感じると言っている．共著

る．大発見の舞台裏がよくわかる貴重な資料である．実験ノ論文としては，Phillips と行った塩化炭素の発見，ストダーート，研究ノートはいかにつけるべきか，実験科学者はいかトと行った次の合金鋼の開発があるだけである．彼は若い頃に研究すべきか，論文作成の準備はいかにすべきかなどの手は Davy に論文添削してもらっていたが共著論文はない．

本である．現在，全 7 巻の ``Faraday's Diary''(5)として刊行

.

されている．


誠実で正直な対応合金鋼の開発鉄は他の金属をまとめて非鉄と称するように，最重要金属

宗教的良心に基づき，データを一切ごまかさなかった．実である．「鉄は国家なり」という言葉もある．ちょうど産業

験の失敗に際しては誠実で正直な対応をした．筆者は彼の電革命期で鉄を幅広く研究開発することが求められていた．鉄

気分解の研究について研究ノートと発表論文のデータを比較に炭素が含有されると特性が著しく変化することは認識され検証した(6)．彼の研究ノートと論文のデータには全く食い違ていた．さらに他の物質を添加して有用な特性を得ようとす

いはなく，取捨選択もほとんどしていない．論文で使わなかるのは当然の帰結であった．ただし，ファラデーが添加物のったデータは彼自身が不確かと判断したデータに限ってい影響を計画的に調べようとするまでは本格的な合金研究は行る．失敗対応の例としてはアンチモンの電解に関する発表結

われていなかった．彼がどのようなやり方で合金鋼開発にチ

果について Berzelius から批判された時，自ら実験法を改良

ャレンジしたかは，金属研究者の研究の仕方の源流とも思えし再実験して先に発表した実験結果は誤りであったと訂正文るので紹介したい．なお，ファラデーの合金鋼に関しては鈴を出した．間違いを言い訳せずに率直に認めた．

木(8)，田中(9)による解説もある．



多種類の実験試料を使用




以前の研究

彼が行った研究を鳥瞰すると，誰もがその幅の広さに圧倒イギリスでは， 1740 年に Huntsman によってるつぼに鋼される．電気分解の研究に限っても，手に入るありとあらゆ

材を密封して加熱溶解するるつぼ製鋼法が開発された．そしる化学物質を電気分解した．水溶液だけでなく，溶融塩，固て，早くから鉄の製錬が行なわれていたシェフィールドが鉄体なども電気分解した．電極も金属だけでなく，黒鉛，二酸の街としてより発展した． Davy は 1812 年に出した著書(10)化鉛などの非金属も材料として用いた．本稿で紹介する合金で当時に知られていた金属の性質を詳しく記している．それ鋼の開発においても白金の外にパラジウム，ロジウム，オスによれば，鉄の性質は炭素含有量によって顕著に変化するこミウム，イリジウムなどの特殊な白金族元素と鉄との合金化と，熱処理の効果なども定性的にわかっていた．有用合金とを試みている．限定された物質の結果だけから判断すると，してはスズ鋼について述べている．ファラデーは多くの金属

物質の多様な挙動を発見できず，その物質の特殊な性質を一の添加を行ったが，それらは発見されてからまだ日が浅かっ

般的性質と見間違う可能性があると危惧したに違いない．


多彩な実験手法

彼は固定的な実験手法を用いることを嫌い，常に実験法をた．ニッケルは 1751年，チタンは 1795年，クロムは 1797年に発見された．白金族のパラジウムは 1802 年，ロジウムは1803年にいずれも Wollaston によって，イリジウム , オスミ

ウムは1803年に Tennant によって発見された．

改善した．電気分解の法則を発見した際に用いた電解槽も次

ファラデーは，刃物製造に適したインド産のウーツ々と 7 種類のものを考案した(7) ．ガラス器具の作製に熟練(Wootz)鋼と錆びない鉄として知られた隕鉄に着目した．ウ

していてその技術習得が化学者には大事であると強調した．

ーツ鋼からダマスカス刀が作製された．その木目模様はダマ

同じ条件，同じ手法による再実験を行わなかった．同じ手法

スク模様と呼ばれた．先行研究としては，1795年，Pearson

ではその手法特有の癖を排除できないと考えていた．

がウーツ鋼の金属学的特徴を他の鋼と比較して調べた(11) ．

また，できるだけ小規模実験で知見を得ようとするのが彼

18 世紀末，王立協会関係者に世界各地から隕石・隕鉄が持の流儀である．本稿で紹介する不働態実験においても，平底

ち込まれ，関心が広がった．宇宙からの隕鉄は昔から興味がの容器ではなく試験管で実験を行い，この方法を推奨した．

もたれ，エジプト，メソポタミアなどではそれから短剣，刃

材料科学のパイオニアたち

なし得なかった研究である．ストダートは医療器具の製造・販売を行い，王立研究所に出入りしていた．そして，彼自身，鋼の熱処理に精通し，研磨とか表面被覆に関する論文を発表していた．彼はウーツ鋼の模擬も試みたがまだ成功していなかった(15) ．一方，ファラデーは鍛冶屋の生まれであるから，金属の取り扱いには慣れていた．鍛冶場と鍛冶に関することが好きであると言っている． 1819 年にお互い意気投合してストダートがファラデーに試料提供したのが共同研究のきっかけである．刃物綱として知られるウーツ鋼，錆ない鉄である隕鉄の特性を調べ，それを参考に新規な添加金属で刃物鋼と耐食鋼を開発し，金属製造業者と連携して実際に製品を製造する研究プロジェクトを実施した．役割分担し，ファラデーが主として研究と論文作成を行い，ストダートは材料の調達と作製した鋼の刃物加工をした． 1823 年 9 月にストダートが死亡すると，ファラデーは翌年 6 月末でこの研究も終了した．彼はそれ以降には合金鋼に関する研究はしな
図1

研究用るつぼ製鋼炉(文献14より)．

かった．発表した論文は次の 3 報である．
()

M. Faraday, ``An Analysis of Wootz or Indian Steel'',(1819)(16)物などが作製された(12) ．隕鉄はニッケル鋼であると認識さ()

れてニッケル含有量も分析された(13)．



研究経過




実験環境

ファラデーを取り巻く実験環境は今とは比べようもないが，彼が所属した王立研究所は当時としては最適な実験環境であった．彼は化学実験書 ``Chemical Manipulation''(14) のJ. Stodart , M. Faraday, ``Experiments on the Alloys
of Steel, made with a View to its Improvement''(1820)(17)()

J. Stodart, M. Faraday, ``On the Alloys of Steel'',(1822)(18)



研究成果




論文()の成果

中で炉の取り扱いについて詳しい説明をしている．高温の火

3 頁の簡単な報告であり，研究目的はウーツ鋼には鉄と炭を取り扱う研究者は philosopher by fire と呼ばれていたそう

素以外にどのような物質が含まれているかを明らかにするこである．危険で高度な仕事に従事している専門家として敬意とであった．切れ味の良いことで知られたダマスカス刀の原を払われていたのであろう．王立研究所には図に示すふい料であるインドのウーツ鋼，それとは出所の異なるインド鋼

ごで空気を強制対流させる研究用るつぼ製鋼炉があった．外と地元のイギリス鋼がストダートから提供された．ファラデ側と内側と二重の容器で作られており，外側の大きい容器はーは詳しく分析法を述べている．試料を硝酸塩酸混合液で加高さ 18 インチ( 46 cm )，外径 13 インチ( 33 cm )の寸法であ

熱溶解した．化学分析した結果，ウーツ鋼にはアルミナ，シる．容器は黒鉛と粘土を混ぜて作製する．内側の容器の底にリカが含まれていた．インド鋼にはシリカが入っておらず，

上部から火格子を入れて，その上に試料るつぼを置く．るつ

イギリス鋼にはどちらも入っていなかった．

ぼの回りに燃料を詰める．特定の産地の粘土るつぼ以外に黒鉛るつぼ，白金るつぼも使用された．高温ではるつぼを二重このような()の成果を踏まえ，ウーツ鋼を模した合金をしてその間に粘土を詰めたりした．燃料はコークスである

製造すること，さらに優れた特性を有する合金開発を目指し

が，コークスと木炭の混合も有効とした．

た．その研究目的は 2 つあり，1 つは刃物に使える鋼の開発，論文()の成果

彼の論文には温度測定法の記述はないが，水銀温度計で測

2 つ目は酸化しにくい鋼を開発することとし，さらに反射鏡れる以上の高温では粘土の焼結による収縮を尺度とするにも使える金属の組み合わせを調べることも付け加えた．そWedgwood 温度計が使用されており，さらに白金棒の熱膨の成果を論文()に発表した．

張を尺度とする Daniell 温度計も考案されていた．1821年，始めて鉄の合金化実験をしようとすれば，なるべく身近に

Seebeck が熱起電力を発見したが，まだ温度測定に実用化さ知られた金属との合金化を図るのではないだろうか．ところ

れていなかった．

が，ファラデーは労力を惜しまず，何事も徹底するのが流儀




研究経過

で特殊な白金族を含むできるだけ多種類の材料を用いた．

ファラデーの研究の一大特徴は前述したように単独研究で鉄，鋼に添加実験して調べた金属は，銅族の銅，銀，金，遷あることである．ただし，この研究はストダート( James移金属のニッケル，クロム，白金族のイリジウム，オスミウ

Stodart, 1760 1823 )との共同研究であり，共同でなければ

ム，パラジウム，白金，ロジウムおよびチタン，スズの 12

ま て り あ 第60巻 第 8 号(2021)
Materia Japan種類である．白金族ではルテニウムだけがないが，まだ発見されていなかった．貴金属が多いのはそれ自体酸化しにくい金属で耐食鋼開発に役立つと期待したに違いない．貴重で普通には入手が難しい白金族を使用できたのは，Wollaston から提供してもらったからである．彼はパラジウム，ロジウムを発見した著名な学者で，その他にも研究の各段階で助言を受けたと感謝している．
ウーツ鋼を合成することを試みたが，多くの実験は無駄になった．その実験過程で鉄と木炭を長く高温保持すると 1/8
インチ(0.32 cm)以上の幅の板状高結晶性のものが得られ，分析すると94.36Fe＋5.64C(筆者注Fe3.6C に相当，百分率は mass，以下同様)の炭化鉄であった．アルミナを添加した試料ではダマスク模様が現れた．以前にストダートの発表論文で酸化の程度の差によるのではないかと化学者で雑誌編集者の Nicholson はコメントしたが(15) ，この模様は結晶模様であると判断した．

図2

つぎに腐食しないことが知られていた隕鉄に着目した．シベリアからの隕鉄を有名な化学者で親しかった Children に合金の比重(文献17より)．
原注混合計算比重11.2723†混合計算比重
16.0766

分析してもらった．3 回の分析結果の平均値は鉄に 8.96ニッケル含有であった．そこで，それを模擬すべく， 3  Ni,
10 Ni 含有鋼を合成しているが，記録に現れた最初のニッ

フ ィ ー ル ド が 分 析 し た も の で は ， 図 2 で 重 量 比 Fe50 ，ケル鋼の成功である．鋼がニッケルを含むと酸化防止に有効Pt50 ， 比 重 9.862 と 記 さ れ た も の は Fe51.00 ， Pt48.60 ，であったが，逆にニッケルに鋼を含むとニッケルのときより

C0.18，比重9.83でよく一致していて，判断の妥当性を認めも腐食することを確認した．

ている．

銀と鉄が固溶しないことは今ではよく知られているが，当

論文()の成果

時は何の知見もなかった．彼によれば，銀と鋼を反応させる

この論文では()論文で得られた学術的結果を踏まえて実と奇妙なことが起こった．高温保持では合金になっているが用化を目指した．そして得られた合金の腐食特性を調べた．

冷却すると表面に針状の銀が析出し，美しかった．鉄と銀の新しくパラジウム，イリジウム，オスミウム，クロムの添加割合を 500 : 1 にすると表面に銀が見られず合金化したと判実験をした．るつぼの取り扱いには苦労している．ファラデ

断した．銀と合金化した刃物はロジウムと合金化したものよーが用いた実験炉なら純鉄を 12 ～ 15 分で溶解できたし，ロ

りわずかに特性は劣るが，価格を考慮すれば，こちらがよジウム，白金の溶融にも役立った．ただし，チタンを高温還い．ロジウムと鋼の合金は固く，刃物に適している．ウーツ

元しようとしたが，高温に耐えずにるつぼが損傷してしま

鋼より 30 °F ，イギリス鋼より 40 °F 高い温度で焼きなます

い，還元できなかった．失敗の報告であるが，チタンの炭素必要があると言っている．ファラデーは熱処理の重要性を認直接還元が至難であることを知らしめた意義がある．

識しており，厳密な温度管理を行った．彼は著書(14)で熱浴

合金の化学分析，また腐食試験の見地から多くの酸を使っを詳しく説明している．取り扱いに注意すれば水銀浴を広範て反応を調べている．白金鋼を硝塩酸に溶かした溶液を加熱

囲の温度域で使用できると推奨した．

すると爆発すること，水銀の上にその液を垂らすと 400 °F

白金の添加は有効であり，どんな割合でも合金化する．重(204°C)で爆発することなどを記している．普通には試みそ

量比で白金 50 ，鋼 50 の合金は美しく，磨くと曇りない鏡にうもない実験である．腐食試験では次のような事例をあげてなる．金，銅，スズの添加については簡単にしか述べていな

いる．純鉄の代わりに鋼を用いると合金が酸化しにくくなる

い．銀鋼は刃物にもダイスにも有効だろう．実験室ではせいのは奇妙である．鋼と白金鋼を硫酸に浸すと，白金鋼の方がぜい 2000グレイン(130 g)までのもので行った．小さい規模

激しくガス発生をしていて，白金鋼ではボルタ結合になってでうまくいっても，大規模にしてうまくいくとは限らない

鉄の腐食が加速すると示唆した．合金化すると腐食しにくいが，やってみる価値があると締めくくっている．

と言っているが，彼は異種金属の接触によるガルバニック腐実際に作製した証拠として合金の比重を図に示している．

食を認識していた．

2 個の試料で混合比による計算比重と測定値を比較していボーキサイトの発見者でもあるフランスの Berthier がクる．示されている元素のないし比率は混合した成分の重量

ロムを添加すると耐食性が増すことを発見したことを引用(質量)の割合であり分析値ではない．彼は実験前の混合総重

し，クロム添加が有効であることは確認したが，深くは追及

量と実験後の総重量が一致すれば分析せずとも問題ないとししなかった．Berthier 自身はファラデーの合金研究に刺激をた．開発途中における臨機応変の判断である．後述するハド受けたと言っている(19) ．ファラデーは懇意になっていたジ

材料科学のパイオニアたちュネーブの De la Rive に自分の研究を手紙で伝え，彼がそれを 仏訳して知られていた(20) ． 3 元系では鋼 ，イリジウ




以前の研究

ム，オスミウムの場合だけ行っている．さらに研究する価値

ファラデーはそれ以前の関連研究について簡単にまとめてがあるが，骨の折れる仕事で時間と忍耐が必要である．新化

い る(24) ． 1833 年 に 発 表 さ れ た 天 文 学 者 の Herschel の 論

合物の応用範囲を広げるには金属の純度を上げること，完全文(25) について，発表された時に読んだがすっかり忘れていに溶融させること，熱管理が必要であると述べて，この論文たと断ってその重要性を再認識している．1790年に Keir がを締めくくっている．

濃硝酸，発煙硝酸中では鉄は不働態化し，銀の溶液中でも銀その後，ファラデーは関連した研究で論文を発表したことを析出しなかったと報じた(26)． 1832年に Westlar が，またはなかったが，ずっと関心を持っていた．有名な「ロウソク1833年に Herschel はその現象を電気力によると説明したが，の 科 学 」 の 原 本 第 2 版(21) に は 70 歳 の 時 に 行 っ た 講 演 録

Herschel の研究はすでに 1825 年の個人雑誌に載っているか``Lecture on Platinum'' が付いているが，付いている訳本はら Herschel の方が先であると述べている．ファラデーは研ない．白金の製錬について説明してから白金，鉄，アンチモ

究の先行性にこだわりがあった．彼は投稿日の記載がルール

ンをボルタ電池による通電加熱，酸水素炎などの燃焼加熱で化されていない時代に日付を記して投稿した．シェーンバイ

溶解のしやすさを実演した．大変な準備が要るが，彼の科学

ンの研究については，``reobserved'' と位置付けている．

講演は常に実演付きであった．


ハドフィールドによる検証(22)ハドフィールド(Robert A. Hadfield, 18581940)は，シェフィールド出身の金属学者で，マンガン鋼，ケイ素鋼の開発




研究経過

シェーンバインはバーゼル大学教授であり，オゾンの発見者として知られる．イギリス滞在の経験があり，英語は堪能だった．ファラデーとは終生，親密な関係を持った(27)．

で著名である．彼は，ほぼ 1 世紀前のファラデーの論文内

シェーンバインからファラデーへの 1836 年 5 月 17 日付の容を詳しく検討した．幸い，ファラデーの残した試料箱にあ手紙で，自分は新発見をしたので，その投稿を助けてほしい

った79個(1 個を予備試験に使用)の実験試料，また現在も一と依頼があった．そして，私の発見した現象に興味があるな

部は展示されているがロンドンの科学博物館に提供された若ら，あなたの研究目的にしてください，と言っている．当時

干の試料，作製されたナイフ試料などを化学分析し，硬度，は誰かへの手紙の形式で論文掲載されることがよくあり，こ金属顕微鏡観察，腐食試験などを行った．ファラデーの純鉄の手紙も公開承知の手紙であった．ファラデーはその手紙にを分析すると，当時としては低炭素の 0.07  C 純鉄があっ

自分の研究結果を添えて Philosophical Magazine 誌の編集た．ファラデーは硬さ測定をしなかったが，当時の鋼を用い者に送り，一緒に掲載された(28) ．それによれば， 1, 2 週間

るブリネル硬さ測定より高硬度測定で優れているダイアモン

前に自分のところに来た手紙は価値があり，2, 3 の語句の訂ド圧子で測定してブリネル硬さに換算すると，ガラスに傷を正はしたが，よりよく記述されているので彼の言った部分に付けられる600以上の硬さの試料が14個あった．

ついては付け加えることはなく，ただ，自分が行ったその他

全体的にファラデーが調べた結果は妥当であることを確認の結果について書き添えると述べた．

し，彼の仕事を高く評価した．ファラデーの功績は，どんなシェーンバインは，「普通の鉄線を比重 1.35の硝酸に浸す合金が作製可能か全くわからない時代に，合金鋼の開発プロと，激しく反応することはよく知られているが，鉄線の一方ジェクトを組んで果敢に挑戦して後に続く研究者に指針を示の端を赤熱させてから冷ましてその硝酸に浸すと鉄線のそのしたことである．ハドフィールドがファラデーを「鋼と合金部分だけでなく他の部分も反応しない」と言っている．それのパイオニア」と称したゆえんである．

以前から濃硝酸下では鉄が不働態化することは知られていたが，加熱処理をすれば不働態化させることができるとは彼が. 不 働 態 研 究

言い出すまでは誰も気付かなかった．彼はさらにいったん不働態化した鉄に触れた鉄はつぎつぎ不働態化することを示し

鉄は一般には酸中で腐食するが，濃硝酸中では不働態化すた．彼が新発見であると言った意義はそこにある．鉄を陽極る． 1836 年，ドイツのシェーンバイン( C. H. Sch äonbein ，として通電すると不働態化した．彼が調べた他の金属，銀，

英字表記は Schoenbein, 1799 1868 )の手紙で，鉄に加熱処

銅，スズ，鉛，カドミウム，ビスマス，亜鉛，水銀では酸素置を施せば本来不働態化しない濃度の硝酸中でも不働態化状が発生してもそのようなことは起こらなかったため，「鉄の態を保持できることを報じたことがきっかけでファラデーは異常な振る舞いは酸素に対する親和性の程度で取り扱うので研究を開始した．彼がシェーンバインにどのように接したはなく，何か他のものを見つけなければならない」と結論づか，またどのような追実験をしたかは，研究者のあり方，まけた．

た研究の仕方について示唆に富むので紹介したい．なお，不ファラデーは 5 月26日に実験を始め，5 月31日で一旦実験

働態研究の歴史については Uhlig の講演録(23) を参考にされを終え，また 6 月 13 日から始めて一連の実験を 6 月 17 日にたい．

終えた．実質 2 週間の実験であった．6 月16日の日付の脱稿で，今のような論文形式ではなく，ファラデーも時系列的に

ま て り あ 第60巻 第 8 号(2021)
Materia Japan論述していくスタイルであったので手早くできたが，それにしても電光石火の執筆である．
このような素早い対応ができたのはその準備が予めできていたことにもよる．彼は18331834年に電気分解の法則を発見した後，ボルタ電池の発現の原因を調べるために各種の金属を組み合わせて電池を構成し，接触した時の電極の反応を調べていた．鉄を電極とした時の特性についても調べていたから，シェーンバインの手紙を受け取った時，すぐに手紙の内容を理解し，躊躇なく実験を開始できたと思われる．
関連論文は次の手紙形式の 3 報である．
()On a peculiar voltaic condition of iron, by Professor
Schoenbein, of Bale; in a letter to Mr. Faraday: withfurther experiments on the same subject, by Mr.
Faraday, communicated in a letter to Mr. Philips(1836)(28)()

Prof. Schoenbein, Remarks on Faraday's hypothesis

図3

シェーンバインの実験の検証図(文献 5 第 3 巻 7 より)．
(I1加熱酸化した鉄I2通常の鉄P1，P2白金)with regard to the cause of the neutrality of iron in
nitric acid (1837)(29)()Note from Professor Faraday to Mr. Richard Tailor on

質中の酸素とあたかも酸化したのと同じような関係にある」

the preceding Paper (1837)(30)と述べた．そして，酸化膜の厚さがどんな厚さかは問題では()の前半はシェーンバインの手紙形式の論文で後半がファラデーのそれに関する検証と彼自身の知見をまとめた論文

なく，「特異的な条件による」と言い，酸素の金属との特異的な結合を暗示した．

である．()と()は一対のコメントであり，()はファラ研究ノートによれば，研究を休んだ土曜日，日曜日を挟ん

デーの仮説に関するシェーンバインのコメントであり，()だ 3 日目の 5 月 30 日〈 3053 〉で，酸化薄膜生成の着想を得てはファラデーによる返事である．

いる．また付録〈 3028 〉に記したように，平底の容器ではな




研究成果

く試験管で実験を行い，この方法を推奨した．できるだけ少量の溶液を使って実験をするのが彼の流儀であった．

ファラデーは，自らの実験計画を立てて，鉄の不動態現象

この論文の発表後，シェーンバインとファラデーは何度もを調べた．ファラデーの 1836 年 5 月 26 日付の研究ノートに

手紙で意見を交換した．その結果を対のコメントとして発表

よれば，シェーンバイン教授の自分への硝酸また他の金属にした．シェーンバインはコメント()で，ファラデー説に敬対する鉄の関係についての手紙に関連して，今朝，いくつか意を表したが，酸化している気配が見えないと言って，末尾の実験をしたという書き出しで始まっている．5 月26日の研で，「鉄の不働態化状態に関するファラデーの見解はその状

究ノートの内容を付録に記す(31)．

態を満足に説明していない」と言って納得しなかった．これ

このような研究ノートを作成しているが，それをまとめてに対して，ファラデーはコメント()をした．()で彼が述論文()のシェーンバインの手紙に付け加えた．その内容をべた言葉，「金属の表面粒子が電解質中の酸素とあたかも酸

簡単に述べる．シェーンバインの実験を確かめながら，シェ化したのと同じような関係にある」という意味は実際の酸化ーンバインと異なるのは付録〈 3032 〉に記したように，種々

ではなくアマルガム化した亜鉛と酸素の関係のようなものだの金属と鉄を組み合わせた時，導線間の磁針の振れの傾きかと例えた．(筆者注当時アマルガム亜鉛は酸中で腐食しな

ら電流の流れの方向を検知して電位の高低を調べたことであいことは知られていたが，酸素の寄与ではない．）まだ，現象る．このようにして，付録〈 3041 〉にも記しているように，が明確になっていない現状を踏まえ，ファラデーの見解はガルバノメータ(磁針による検流計)を用いて鉄と銀を組み合「その状態を満足に説明していないと言ったシェーンバイン

わせた時には電流の向きが変わること，すなわち，正極と負の意見に私は完全に同意する」であった．なお，酸化厚さを極が入れ替わる電位振動現象を観察している．当時はまだ電着色変化の程度で判別する Nobili の論文(32)を引用し，シェ位差を測定できず，Poggendorff が電位差計を発明したのはーンバインにも注意を喚起している．

1841 年である．シェーンバインの実験の詳しい検証は 5 月

同じ実験をして鉄の不働態現象を調べたにも関わらず，2

30 日に加熱酸化した鉄，通常の鉄，白金を組み合わせて行人の見解には大きな差があり興味深い．シェーンバインはこい，研究ノート〈3063〉で図解している(図)．

の現象は酸素の寄与では説明がつかないと言い，ファラデー

ファラデーは鉄の不働態化は目には見えないが薄い酸化鉄

はまさに酸素の働きによるとした．また，シェーンバインは膜の形成によるという仮説を立てた．正確には，「私の強い酸素の効果なら見えるはずだがそうは見えないと言い，ファ印象は金属表面が酸化される，または金属の表面粒子が電解

ラデーは見えなくてもあるのだと主張した．ファラデーは主

材料科学のパイオニアたち

張はしたが，慌てて判断する必要はないと考えていたためを明らかにし，その後の合金鋼の開発の指針となった．

に，まだ満足な説明ではないという批判に同意したのである．

不働態研究シェーンバインから特異的な現象を見つけた

このような経過をたどって鉄の不働態に関する研究は終わので，それをイギリスの論文誌に投稿する推薦をしてほしい

った．この後も鉄の不働態に関する意見交換は続き，シェーと依頼されたことがきっかけである．その内容に興味を持

ンバインは論文を発表した．しかし，ファラデーは時たま鉄

ち，自分でもその現象を新たな手法で確かめた．硝酸中で鉄の不働態に関する実験をしたことはあったが，まとまった論と組み合わせる種々の金属との間の電位の高低を調べ，銀と文としては発表しなかった．

鉄では電位の逆転振動現象が起こることなどを発見した．



そしてシェーンバインと意見は対立したが，目には見えな

不動態関連研究のその後

いが，鉄が酸化物薄膜で被覆されて不働態になったのだと仮ファラデーはこの実験の 2 年後，関連研究を発展させ説を示した．この知見は，後の不働態研究に多大の貢献をした．各種の溶液中の異種金属間でどのような化学反応で電池た．1 か月余りの短期間の実験であり，研究ノートをたどるが発現できるか，逆には接触すればガルバニック腐食でどちと日々凝縮した研究をしていたことがわかる．彼が行った研らの金属が腐食するかを調べた(33)(34)．

究のスピード感は常人には真似のしようもないが，研究とは各種の金属を組み合わせた電池を作製し，ガルバノメータ

こういう風にするものだということを実感させられる．

で検知した電流の流れる方向から電位の高低を調べた．そして金属の電位列を各種の溶液で調べて表を作成した．特定の本稿を終えるにあたり，学生時代以来金属学を指導いただ

条件で調べた研究者は他にもいたが(35)，彼は現在ガルバニ

いた東京工業大学名誉教授，斎藤安俊氏，合金鋼の開発に関系列，腐食電位列と呼ばれる表作成の先駆者である．調べたして助言をいただいたかつての同僚，秋田大学名誉教授，泰金属は，銀，銅，アンチモン，ビスマス，ニッケル，鉄，ス

松斉氏，筆者のファラデー談議に快く付き合って助言をいた

ズ，鉛，カドミウム，亜鉛の 10 金属，調べた水溶液は，希だいた畏友，大日方克人氏に感謝いたします．

硝酸，希硫酸，濃硝酸，塩酸，水酸化カリウム水，無色と黄色の硫酸水素カリウム水の 7 種類である．この他に，電極文

献として，金，白金，ロジウム，パラジウムなども用いた．過酸化鉛，過酸化マンガン，黒鉛などの非金属も電極として調べた．その結果，電位の順序はその金属に固有のものではな
く，溶液によっても変化することを明確にした．極端な例としては，硫酸水素カリウム水では他の溶液とは異なり，鉄と銀の電位は逆転した．
また，腐食の原因となる温度差電池，溶液濃度差による濃淡電池の特性について詳しく考察した．このように，ファラデーは金属腐食研究の分野でも先駆的研究を行った．

. ま

と

め

ここで紹介したファラデーの金属研究の 2 テーマはアプ
ローチの仕方にそれぞれ特徴があった．今でも彼のアプロー
チの仕方から学ぶことは多いと思われる．
合金鋼の開発ファラデーにとっては珍しい共同研究であり，ストダート，シェフィールドの金属関係者などの協力を得た産学共同プロジェクトである．開発目標を医療用にも使える刃物綱の開発，錆ない鉄を目指す耐食鋼の開発に定めた．開発のためのアプローチとして考え抜かれた手法を取っている．まず，有名なダマスカス刀に使われる鋼の化学成分を調べて，それを模擬したこと，次に錆ないことが知られていた隕鉄の化学分析結果を模擬したニッケル鋼を製造したこと，そして，図 2 に記したように，誰も試みたことのない
一連の白金族元素を添加して新たな可能性を調べたことである．チタンを普通に高温にしただけでは炭素還元できないことも示した．鋼にいろいろの添加金属の成分比を変えて組織的研究をすれば画期的に特性を変えられる可能性のあること

ま て り あ 第60巻 第 8 号(2021)
Materia Japan

この中の1900年以前のすべての著書，雑誌はインターネットの無料サイト，royalsocietypublishing.org.archive.org, biodiversitylibrary.org, gallica.bnf.fr を選んで閲覧できる．
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千原秀昭，黒田玲子訳ファラデー天才科学者の軌跡，東京
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122.(図は巻末に載っている)( 8 ) 鈴木隆志ステンレス鋼発明史，アグネ技術センター(2000),1018.
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(33) M. Faraday: Philos. Trans., 130(1840), 6191.
(34) M. Faraday: Philos. Trans., 130(1840), 93127.
(35) De la Rive: Annales de Chimie et de Physique, 37(1828), 225
286.
(付録)1836年 5 月26日の研究ノート(31)．
〈 〉 は彼の研究ノートの段落番号である．実験日の記録であるから舌足らずな箇所もあるが，そのまま直訳した．
〈 3026 〉バーゼルのシェーンバイン教授の自分への硝酸また他の金属に対する鉄の関係についての手紙に関連して，今朝いくつかの実験をした．次はそれらの事実の部分のまとめである．
〈3027〉比重1.3または1.35の硝酸を使い，もし清浄な 1 片の鉄線が挿入されると，おそらく強い反応があるが，その鉄をまた 1 片の白金と触れて酸に浸すと，その反応は急に止まり，鉄は光沢のあるままで反応しない．白金の防食能力は非常に明確である．
〈 3028 〉依然として鉄線をそのような硝酸に入れると，初めは反応するが，しばしば反応が止み，それからあたかも白金と触れたかのように，光沢となり，変化しないままとなる．これは皿のような底の浅い容器ではなく，管のような深く狭いものの中でされるべきである．
〈 3029 〉別の 1 片の鉄線だけを浸すと一般には反応するが，しかし，もし初めに白金または硝酸中で不活性になった鉄線とつないでから挿入されると，それは反応しない．この状態を生じた第 2 片は第 3 片，そして第 3 片は第 4 片と次々防食するために役立つだろう．
〈 3030 〉もし 1 片の普通の鉄線が酸に浸されて反応していて，それから不活性になった鉄線と接して置かれると，後者は前者を防食せず，反対に，その状態を失くして普通の活性な鉄になる．
〈 3031 〉そのような場合にどのような電流が生じたのか，そのような鉄が他の金属とどのような関係を持ったのかを知りたくなった
また，どのような他の金属が鉄に対する白金がしたことと同様の効果を持つのか．
〈 3032 〉最初にガルバノメータ，それから亜鉛片，白金片と一緒にして，もちろん電流の方向を示している磁針の位置を記録した．これらの記録の後で，鉄の亜鉛，また白金双方に対する効果を比較するーこれらが方向と力の基準となる．

〈 3033 〉ガルバノメータの線によって普通の鉄と白金をつなぎ，それから両方を硝酸に浸すと，初めの時は白金に対する亜鉛のようである．
〈 3034 〉鉄の反応がその酸の中で進むと，その金属は白金に対する亜鉛のように進んでいき，その電流は非常に強い．
〈 3035 〉白金が鉄の上での作用を止めた時，それから電流は止められ，というより途絶え，鉄は白金に対してあたかも白金が白金に対するようである．
〈 3036 〉もし鉄が酸から取り出され，その上で付着して酸の作用が始まるまで空気中に置かれ，それから硝酸中に再び浸されると，それは亜鉛のように反応するが，その上の反応が止まると電流もまた止まる．
〈 3037 〉硝酸中で不活性な鉄がそれと作用する別の新しい鉄と酸中で触れると，後者は前者を活性状態にする．しかし(ガルバノメー
タまたは他を通して)接触した瞬間，第 1 のものは第 2 ものに対して(強い)白金のようである．両方が作用していると電流はない．
〈 3038 〉ガルバノメータでつなげた先の 2 つの鉄が酸中で活性であり，いずれか一方が直接硝酸中で白金片に触れると，両方の作用は止まるが，依然として電流はない．白金の停止，防食作用は非常に驚くべきことである．
〈 3039 〉もし硝酸によって鉄が試験管中で白金の使用なしに不活発な状態になるとすれば，それはあたかも白金が使われたのと同様の関係を持つ．もし新しい鉄と一緒であれば，最初の瞬間に後者に作用があり，電流があり，用意した鉄は一時的に白金のようである，
しかし，その上で反応がすぐに付随して起こる．もしあたらしい鉄と一緒で，後者に何の反応もないなら，電流もない．硝酸中でそれ自体不活姓になる鉄はそれから白金に対する白金のようになり，電流はない．
〈 3040 〉金は鉄に対して白金が持つのと同じような能力を持ち，同じような性質と関係を持つ．もし鉄と白金あるいは金が最初に硝酸に入れられ，それからつながれると，最初の瞬間に非常に強力な電流が流れる．
〈 3041 〉銀でさえ鉄と一緒にすると，金，白金と同じことをする
が，それから変化する不確かな作用が進むなぜなら，ある期間，
銀は鉄に対する白金のようであり，別の期間は鉄は銀に対する白金のようであり，電流はしばしば急に逆転する．
〈 3042 〉鉄が硝酸中で不活性となり，それから硝酸中で銀とつながれる―それは銀に対する白金のように作用し，そして銀は変色し，電流は流れ続ける．
〈 3043 〉硝酸中で銀が鉄の反応を止める時，電流は新たな状態で続く，すなわち，鉄は白金のように作用し続ける．
〈 3044 〉銅は同様に作用する．なぜなら，それは鉄の反応に影響し，定常状態にある最終の電流は鉄があたかも白金であるかのようである．
〈 3045 〉時々，とくに鉄が銀，その他とつながっているとき，非常に奇妙な急な反応が鉄の上で起こった．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

金児紘征

1968年 3 月 東北大学工学研究科修士課程修了
1972年 3 月 東北大学理学研究科博士課程修了
1972年 4 月 秋田大学鉱山学部助手
1988年 4 月 秋田大学工学資源学部教授
2008年 3 月 秋田大学退職
2008年 4 月 秋田大学名誉教授
専門分野材料電気化学◎ガルバニック腐食に伴う電気化学的特性分布の計
測，液相界面電析による金属薄膜製造，ジルコニ
ア酸素ポンプ・センサーの開発，ファラデーの研
究態度と研究史．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★



材料科学のパイオニアたち