台所の流しも、スプーンも、銀色でぴかぴかです。「ステンレスだから、さびない」と覚えている子は多いでしょう。ここで一度、言葉を止めてみます。「さびにくい」と「どんな場所でも、いつまでもさびない」は、同じ意味でしょうか。
ステンレスは、鉄にクロムなどを加えた合金です。さびにくさには、表面を覆うごく薄い保護膜が関係しています。鉄ではないからさびない、という説明ではありません。中学受験の資料問題では、この仕組みを読んでから、材料と置かれた環境を一つずつ比べることが大切です。
鉄が入っているのに、表面で守れる
普通の鉄のさびについては、水と酸素がそろう条件を考えます。一方、ステンレスでは、含まれるクロムが酸素と結びついてできる膜が、腐食の進行を抑えます。この膜を「不動態皮膜」と呼びます。難しい名前を先に暗記するより、「表面にある保護膜」と言い換えて図を描ければ十分です。
傷がついた部分でも、周囲に酸素があるなど条件が整えば、膜が再びできる性質があります。ただし、どれほど大きな傷でも、どんな薬品の中でも完全に元通りになるという意味ではありません。材料の種類や使用環境によって、腐食が起こることがあります。
「酸素は鉄をさびさせるのに、どうして膜を作るのか」。この疑問はよい入り口です。同じ物質が関係していても、反応する相手とできるものが違えば、結果も変わります。「酸素は悪者」「金属は全部同じ」と役割を一つに固定しないでください。
銀色は、材料を決める証拠にならない
アルミニウムも、ステンレスも、銀色に見えることがあります。めっきをした品物もあります。色が似ているだけで、内部の成分や表面の状態まで同じとは言えません。「このスプーンは銀色だから銀」という判断と同じ落とし穴です。
試験片を比較するなら、材料名だけでなく、表面積、厚さ、磨き方、付いている汚れも確認します。片方だけ大きな板なら、見つかったさびの総面積をそのまま比べるのは不公平です。写真の見た目が強い印象を与えるときほど、試料を同じ条件にしたかを読み直します。
身近な品物で確かめる場合も、家庭用品を削ったり薬品に浸したりする必要はありません。まずは製品の材質表示と使用上の注意を読むだけでも、「材料名」と「使える条件」が別々に書かれていることに気づけます。
例題1｜材料の違いを調べる組はどれ？
同じ大きさの板を使い、温度と観察期間をそろえました。Aは普通の鉄を真水に、Bはステンレスを真水に、Cはステンレスを食塩水に浸したものです。表面の洗い方も同じとします。材料の違いによる腐食の差を調べるには、どの二つを比べますか。また、BとCでは何を調べられますか。
答え・解説： 材料を比べるのはAとBです。浸す液を真水にそろえて、板の材料だけを変えています。BとCは同じステンレスなので、液の違いを調べる組です。AとCでは、材料と液が両方変わってしまいます。
「最もさびたものと、最もきれいなものを選ぶ」のではありません。差が大きく見える組でも、その原因を一つに絞れないことがあります。この例題では腐食の結果をまだ示していないので、どれが何倍さびるかまで答えることはできません。
さびが見えない結果を、どこまで広げるか
一週間観察して赤い点が見つからなかったとします。確かめられたのは、その板を、その液に、その期間置いたときの結果です。これを「すべてのステンレスは永久に腐食しない」へ広げてはいけません。
塩分を含む水が長く接するなど、保護膜が損なわれやすい環境もあります。だからこそ、ステンレスにも用途に応じた種類があり、手入れが必要です。ただし、「食塩水なら必ずすぐ赤くなる」と逆向きに決めつけるのも行きすぎです。濃さや温度、時間が示されていなければ、起こる速さは分かりません。
例題2｜割合で比較しても、残る条件がある
同じ照明と方法で撮影し、板の表面のうち赤く見える部分を画像から読み取りました。普通の鉄は全体40cm²のうち8cm²、あるステンレスは全体40cm²のうち1cm²でした。赤く見える面積の割合を求め、「ステンレスの寿命は鉄の8倍である」と言えるか考えてください。数値は読み取り練習用の仮想データです。
答え・解説： 普通の鉄は8÷40×100＝20％、ステンレスは1÷40×100＝2.5％です。この観察では、赤い部分の割合はステンレスが鉄の8分の1でした。しかし寿命が8倍とは言えません。表面の色の面積と、使えなくなるまでの時間は、別の量だからです。
腐食の深さや強度を測った記録もありません。割合を計算できたあとに、何の割合だったのかを戻って確かめましょう。「小さい数が出たから丈夫」と一気に結論へ進まないことが、資料問題を丁寧に読む練習になります。
記述では「膜」と「条件」をつなぐ
さびにくい理由を聞かれたら、「ステンレスだから」で終わらせず、表面に保護膜ができて腐食を抑えることを書きます。実験から分かることを聞かれたら、比較した材料と液、観察期間を残します。仕組みの説明と実験結果の説明を分けると、短い答案でも根拠が伝わります。
「絶対」「必ず」「すべて」という語が選択肢にあったら、資料にそれだけ広い証拠があるかを確かめてください。慎重な言葉を選ぶのは、あいまいにするためではありません。実際に調べた範囲を正しく伝えるためです。
鉄の反応条件は鉄がさびるには水だけでよい？、合金の成分は銀色の硬貨なら、銀でできている？でつなげて確認できます。