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初級講習用指導書(電気工学の基礎編)

 事業名 船舶の電気装備に関する技術指導
 団体名 日本船舶電装協会 注目度注目度5


4. 電流の化学作用と電池
4・1 電気分解
 
図4・1
 
 図4・1において、この容器に蒸留水等の純水を入れておいて、電圧を加えても電流は流れない。ところが食塩水を入れると電流が流れ、電流計の針がふれる。このことは食塩水が電気的に導体となるからである。これは何故か、その理由を考えてみよう。食塩水の分子はNaClからできている。
 このように食塩が水に溶けた水溶液ではナトリウムNaは正電気を帯び、塩素Clは負電気を帯び、それぞれ陽と陰のイオンに分かれ自由に移動できるからNaイオンは陰極へ、Clイオンは陽極へ移動する。このようにイオンによる電気伝導現象をイオン伝導という。
注:イオンを作っている原子又は原子団に、その原子価に等しい数の+を右肩につけ、陰イオンの場合は−をつける。
 図4・1はNaイオン及びClイオンの伝導現象を示したもので、これらのイオンが極に達し電荷を与えれば電気的に中性となる。
 以上述べたように陽イオンと陰イオンに分離することを電離といい、水溶液中で電離する物質を電解質、また、電解質の水溶液を単に電解液といっている。酸、塩類、アルカリなどは一般に電解質である。両方のイオンがそれぞれ極板に達すれば、中性の原子又は分子となって極板上に析出し、いわゆる電気分解が行われる。そして電気分解には次の現象がともなう。
(1)そのまま電極の表面に析出して付着する。
(2)電極の表面からガスとなって液外に出る。
(3)電解物質又は溶液に作用して化学変化が起る。すなわち別の物質に変る。
 電気分解の応用には電気めっき、電解精製、電解研磨等がある。
注:
イオンについては1・4・2(3)参照のこと。
 
4・2 金属腐食
 
図4・2
 
 図4・2のように電解液中にイオン化傾向のある2種の純粋金属例えば、鉄Feと銅Cuを対向させ、これらを図のように導体(電線)で接続すれば矢印の方向に電流が流れる。これは一種の電池作用といわれる。
 これは次の反応が考えられる。
   
電解液
H2O→Hイオン+(OH)イオン
 
陽極鉄(Fe)反応
Fe+++2(OH)→Fe(OH)2
 
陰極銅(Cu)反応
2H+2e→H2
1/2 O2+H2O+2e→2(OH)
(註:eは電子のもつ電荷の絶対値を示す。)
 このことは、陽極では水酸化第一鉄(青錆)を生じ、陰極では水素ガス及び水酸イオンを生じている。さらに水中の酸素によって水酸化第二鉄となって赤錆ができる。また、鉄とアルミニウムを同様に接触しておいた場合にも、上記の原理に基づいてアルミニウムが腐食する。
 また、亜鉛板(Zn)中に銅(Cu)の小片が存在すれば、図4・3のように亜鉛と銅との間に局部電池ができ、電流が矢の方向に流れ、亜鉛の腐食は銅との接触部で大きくなる。
 
図4・3
 
 このように、異種金属が水溶液中にあって接触していれば、局部電池作用によって一方が腐食する。一般にイオン化傾向の大きい金属の方が腐食される。
注:
イオン化傾向の大きいものは卑なる金属で陽極として働き、これに反してイオン化傾向の小なるものは貴なる金属として働く。
(腐食しやすい電位卑)
Mg>Mg合金>Zn>Al>Cd>軟鋼>鋳鋼>Ni Resist>13%Crステンレス410>Cu>シリコン>ブロンズ 途中省略(カソーデイック電位貴)
〔例〕鉄とアルミニウムの接触では、アルミニウム金属は鉄金属より卑であるから、アルミニウムは腐食する。
 
4・3 防食
 鋼鉄製の船舶では、銅系統のスクリュープロペラと外板間及び鋼板とアルミニウム系統の艤装品との接触部等では4・2で述べたような局部電池作用によって腐食がおこる。これを防止する方法として次のような方法が行われている。前者の場合には、犠牲陽極として、例えば、亜鉛(Zn)等を銅系統のスクリュープロペラ付近に設けて、鋼板の腐食の身代りとして亜鉛を腐食させて、防止する方法であって、これが一般的である。後者の場合は、鋼板とアルミニウム又はその合金製品との接触部の防食として、ジンクロメート等の電気絶縁材料等を介在させて局部電池作用を防止する方法である。
 このほかに、船舶の外板に対しては外部電源防食装置がある。この原理は図4・2に示されたとおり、電解液中(海水中)で電位の低い陽極から電位の高い陰極の方に電流が流れている間、陽極の腐食が進行していることになる。(この場合外板が腐食する。)これを防止するためには、外部から逆に電流を流すようにする。
 この方法について例をもって説明すれば、図4・4において、鋼板(被食体)が海水の電解液中にあって腐食される。その防食のため、適当な位置に鋼板と絶縁した陽極を設ける。鋼板を陰極としてこの間に直流電源を数ボルト与えれば、図4・4のように電流が流れる。これによって鋼板から外部への電池電流を防ぐことができて、防食の役目を果すことができる。この方法を外部電源陰極防食装置ともいう。
 
図4・4
 
 なお、海水と船体外板との間の電位が適当であるように、基準電極を設けて測定し、絶えず適当な防食電流を流すよう制御する必要がある。







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