鉄がさびるしくみ｜赤さびと黒さびの違い、塩や湿気で進む理由と防ぎ方

しばらく使わなかった包丁に茶色い点が浮いていたり、ベランダの手すりの塗装の下からさびがにじんでいたり。鉄のさびは、身近にある化学変化のなかでもいちばん目にするものの一つです。けれども、なぜ水に濡れるとさびるのか、なぜ海の近くだと早くさびるのかを説明しようとすると、意外と難しいものです。

さびは、鉄が酸素や水と反応して、もとの安定した形に戻ろうとする現象です。仕組みが分かると、道具をさびさせないための手入れにも、それぞれ理由があることが見えてきます。ここでは、さびの正体と化学のしくみ、赤さびと黒さびの違い、さびが早く進む条件、ステンレスやメッキがさびにくい理由、暮らしの道具のさびを防ぐ手入れ、軽いさびの落とし方、家でできる観察の実験までを順に紹介します。

さびの正体は「鉄がもとの姿に戻ろうとする」変化

自然の中では、鉄はほとんどの場合、金属の状態ではなく、酸素などと結びついた鉄鉱石として存在しています。鉄鉱石の主な成分は、鉄と酸素が結びついた酸化鉄です。製鉄所では、この鉄鉱石を高温で処理して酸素を取り除き、金属の鉄を取り出しています。

つまり、私たちが使っている金属の鉄は、大きなエネルギーをかけて、酸素から無理に引き離した状態にあります。そのため、空気中の酸素と水に触れていると、少しずつ酸素と結びついて、もとの酸化鉄に近い状態へ戻ろうとします。これがさびです。

金属にはさびやすいものとさびにくいものがあり、金や白金のようにほとんどさびないものもあります。鉄は、その中でもさびやすい部類に入ります。一方で、強くて加工しやすく、たくさん作れるという長所があるため、さびと付き合いながら、建物から台所道具まで幅広く使われています。

酸素だけ、水だけではさびにくい

鉄がさびるには、酸素と水の両方が必要です。よく乾いた空気の中では、鉄はほとんどさびません。また、空気を抜いた水の中に鉄を沈めても、さびはゆっくりとしか進みません。酸素と水が同時にそろったときに、さびは目に見える速さで進みます。

このことは、鉄の道具を守るための基本にもつながります。道具の表面を乾かしておく、油で覆って水と酸素を近づけない、という手入れは、どちらもさびに必要な条件の片方、または両方を断つための工夫です。

「酸化」「腐食」「さび」の言葉の違い

さびの話には、似た言葉がいくつか出てきます。酸化は、物質が酸素と結びつく（化学的には電子を失う）変化全般を指す広い言葉で、金属に限らず、りんごの切り口が茶色くなる変化なども含みます。腐食は、金属が周りの環境と反応して、表面から傷んでいくことを指します。そしてさびは、腐食によって金属の表面にできた生成物、つまり赤茶色の粉や膜そのものを指すことが多い言葉です。

日常では区別せずに使われることも多いですが、「鉄が酸化して、腐食が進み、さびができる」と整理しておくと、説明書や解説を読むときに意味がとらえやすくなります。