大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
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A. 電気力線の混み具合は局所的に反応が進んでいるか反応していないかを示す電流密度で表される。電流密度に差があるということは反応の起こり具合にムラがある、ということである。電気量と物質量は比例し、この比例定数をファラデー定数という。電流は反応速度に比例する。電気分解で狙った反応ではない化学反応に電気が使われてしまうことを電流効率が悪いという。 グループワークではメッキについて調べた。メッキを施された工業製品として、半導体を選んだ。用いられるメッキの方法として、乾式メッキと湿式メッキの2つがある。半導体製造に用いられる乾式メッキは乾式化学蒸着メッキと呼ばれ、気体を用いて薄膜を形成する成膜技術である。反応室内に、膜にしたい物質の原子を含む原料ガスを導入し、基板表面、またはガス相中で、熱、プラズマ、光などのエネルギーによって化学反応を起こし、基盤表面に薄膜を形成する。湿式メッキは主に2つの方法があり、電解メッキと無電解メッキである。 事後学習では3mgの銅を析出させるための時間を計算した。3mgの銅を析出させるのに必要な電気量は9.117C。電流が1mAであったとき、かかる時間は、9117秒である。
A.①?③を以下に示す ①【講義の再話】 ものを最も特徴づける図を正面図という。正面図に対応した図を平面図という。 電気力線は以下のことに注意して書く。 アノードからカソードへ電気が流れる。すなわち電位が高い方（アノード）から低い方（カソード）へ電気が流れること、等電位線に垂直であること 等電位線は以下のことに注意して書く。 電位の等しいところで結ばれること（アノードが3ボルト、カソードが０ボルトだとすると真ん中は1.5ボルト、その半分は7.5ボルトであると考えられる。） 電気力線の分布を電流分布といい、電気力線の混み具合を電流密度（A/m^2）という。電流密度の大きい部分では反応速度が高い。 これは電流の単位はAでありC/Sに等しい。電流は反応速度に比例する（mol/s）からである。 電気量Qの単位はC（クーロン）でありQ=ｎF（F：ファラデー定数、電子1mol当たりの電気量）と表される。電気量は物質量に比例する（ファラデーの法則）。 電流効率とは（実際に得られた目的の量）/（流れた電気量から計算される理論生産量）である。 ②【発表の要旨】 演題 めっきについて調べよう グループ名 三価クロム 役割 責任著者 共著者 鈴木結惟、原野未優、高橋香桃花、三船歩美、大坂琉音 車のめっきの建浴について調べた。 工業用クロムめっきが要求される特性として、めっき皮膜の硬さ、耐摩耗性。耐食性、耐熱性などが挙げられる。また大気中で変色を防ぎ商品の美観を維持することもできる。 現行するクロムめっきに多く使用されるのは6価クロムめっきである。しかし最近、3価クロムの特性に注目があつまっている。その特性とは6価クロムにない特異的な高耐食性である。この高耐食性により自動車外装部品の塩害対策などが講じられている。 ③【復習の内容】 トピック名 建浴について 建浴は以下のようにして行うとあった。 めっき液はチタンに特殊コーティングされた不溶性陽極を用いたシングルセル方式仕様となっており、三価クロムとして約10g程度に設定されている。また、竜析に消費される竜力量はイオンの価数を反映して、六価クロムめっきに対して約半分に設定されている。また、浴温が低下するとホウ酸が晶出して電解浴が劣化するため、非生産時も浴温を常に50°C近辺に保ち続ける必要がある。
A.
A. 銅の析出実験では、ファラデーの法則を用いて電流や電解時間を求めることができる。例えば、10分間で5mgの銅が析出した場合、必要な電気量は約15.18Cであり、平均電流は25.3mAとなる。また、3mgの銅を析出させるには約9.11Cの電気量が必要で、電流密度20mA/cm?・表面積0.05cm?の条件では、約9110秒（約2.5時間）の通電が必要となる。 サックスなどの金属製品には、耐食性や美観を高めるためにニッケルめっきが施される。電解めっきでは、電流量と通電時間に応じてめっきの厚みが決まり、電流密度の均一な制御が品質向上に重要である。ピンホールなどの欠陥を防ぐには、表面処理や前処理の適切な実施が求められる。 めっき液の状態を評価するためには、ハルセル試験が用いられる。この試験では、アノードからカソードにかけての電流密度分布を観察し、めっきの厚みや外観のばらつきを確認する。電流密度が高い部分ではめっきが厚くなり、低い部分では薄くなるため、試験結果からめっき条件の最適化が可能となる。
A.①電流は、流れる場所によって分布が異なる。電気力線の混み具合が電流密度を表し、たとえばカソードが傾いていると、その傾いた側に電流が集中し、電流密度が大きくなる。電流の単位はアンペアで、1秒あたりに流れる電気量を表す。さらに、物質量と電気量の比例定数はファラデー定数と呼ばれ、電流は反応速度に比例する。つまり、流れる電流が大きければ、それに伴い反応も早く進むということを表している。ただし、実際の工業操作では狙った反応だけが進むわけではなく、電流効率は理論通りにはいかない。そのため、電流を正しく測定・校正する方法としてクーロメータがあり、析出した物質から流れた電気量を逆算できる。 また、電解液の設計は建浴といい、反応の精度に関わる重要な工程である。さらに、尖った部分には電気力線が集中しやすいため、装置の表面を磨いて滑らかにし、電流の偏りを防ぐ工夫もされている。 今回のグループワークは、めっきについて調べようである。 ②演題はメッキについて調べようで、グループ名はメッキ、属した人は、藤森隼也、山川騎生、久田光稀、鈴木奏逞、須藤春翔であり、役割は調査係。 メッキとしてはナイフやフォークなどの食器を選んだ。そしてメッキする目的は見た目を良くして、製品の価値を高めること。さびや腐食を防ぐこと。ニッケルやクロムなどの金属を用いているためであることが挙げられた。 ③私は、クーロメータにはどんな種類があるのか調べた。 クーロメータには主に化学的クーロメータと電子的クーロメータの2種類あった。化学的クーロメータは、電気分解によって析出または溶解する物質の量を測定し、流れた電気量を間接的に求める方法である。一方、電子的クーロメータは電流と時間を高精度で測定し、その積から電気量を直接算出する方法である。化学的な検出精度が高いのが化学的クーロメータ、リアルタイムで計測できるのが電子的クーロメータの特長であった。 調べるとクーロメータは用途や目的に応じて使い分けられていることが分かった。
A.①電気力線の混み具合のことを電流密度ということが分かった。電流密度は局所的に反応がどのくらい進んでいるかどうかわかるものである。電流Aの単位はC/sであり、これは1sあたりに流れる電気量を示していることが分かった。また、電流計が正しいかどうか確かめることを校正といい、校正するには、電解槽に電気を流して、析出物のmolをチェックする必要がある。電解液の設計を建浴と呼び、建浴とは組成を決める作業であることも学んだ。 ②グループワークでは、メッキ処理が利用されている商品について議論した。スプーンを例に挙げて議論した。建浴について調べ、下層は、電気めっき法を用い、ニッケルイオンを含むめっき液中で電流を流してスプーン表面にニッケルを析出させる。上層では、ニッケルめっきの上に、クロムイオンを含むめっき液中で電気めっきを行う。これらの操作により、建浴を行うことができる。グループワークでは、ここまでしか議論することができなかった。 ③授業で校正について触れていたので、校正についてまとめた。電流計の校正とは、電流計が表示する値が正確かどうかを確認、修正する作業である。次になぜ、校正が必要かについてまとめる。校正する理由については、測定の信頼性を確保するためや、測定誤差が大きいと、装置の制御や判断に重大なミスが生じる可能性があるためである。こういった点で測定機器における校正が重大な役割を担うことになる。
A.①本講義では電気力線と等電位線の書き方を復習し、アノードとカソードの位置関係によって電場の様子がどのようにするかをマンだ。電気力線の密度は電流密度をあらわす電流は反応速さに比例し、電気量は生成・消費される物質の量と関係することそしてファラデー定数を通じて物質量と電気量がつながっていることを確かめた。また表面処理技術の一つであるめっきについてニッケルめっきや下地処理など、用途によって使い分けられていることがわかった。電流効率についても学んだ。電流効率とは、ねらった反応がどれだけ進むかを表している。求め方として、（実際に得られた目的の製品の量）/（流れた電気量から計算される製品の理論生産量）で求まることがわかった。 ②グループワークではめっきを施された工業製品を選び、その建浴ついて話し合った。例として自動車を塚t。自動車にはクロムメッキが使われており自動車の塗装や装飾品などに使用される。美しい光沢をもち、耐久性が高い。対象物にクロム金属で析出できるめっきであることが分かった。 ③ファラデー定数とは1モルの電子が持つ電気量を示す定数である。
A. 講義では、電極の正面図と平面図を描き、平面図には等電位線と電気力線を加えた。電気力線が途切れたり交差したりしないこと、等電位線とは直交することに注意点して描くことで、空間中の電場の状態や電流密度の違いが視覚的に理解できた。また、電極の一方が湾曲した場合には、電流の分布や電気力線の混み具合が変化し、電流密度にムラが生じることも図から確認できた。銅の電解精錬では、カソードでCu??＋2e?→Cuという還元反応が起こるが、同時に水素の発生など不要な反応も生じる。これにより、電気効率が下がる。電気効率は、実際の生成物量と理論生成量の比で定義される。さらに、電気量は物質量に比例し、電流は反応速度に比例する。講義中の実験では、乾電池の電流が266mAであることがわかった。 発表では、身近な工業製品として水道の蛇口を調べ、ニッケルめっきの上にクロムを重ねることで、耐食性や美観を実現していることを学んだ。めっきにおける「建浴」では、光沢剤の添加が見られ、製品の品質に関わる要素であることが分かった。 復習としては、反応式だけでなく、電場や電流密度の視覚化によって反応分布や効率の理解が深まると感じた。また、図解と数式の両方から様々な現象を捉えた。
A.①電気量は物質量に比例している。また、Cとmolをそれぞれsで割ったC/sとmol/sつまり電流と反応速度は電気量と物質量が比例関係にあることから、このふたつも比例関係がある。また、電気化学反応で流れた電気量のうち目的の反応に実際使われた割合を示す効果である電流効率を知った。例えば鉛蓄電池は充電時に副反応である水の電気分解が起こってしまうため電流効率が悪い。 ②メッキが使われる工業製品について調べた。アルミニウムの薄膜の局部腐食の抑制、ニッケルスパイクの抑制などに利用されている。またジンケート液というアルミニウムやその合金に亜鉛メッキを行う際に使われる液があり、アルミニウム表面に直接メッキするのが難しいため、事前処理として使われている。 ③電池の等電位線、電気力線の書き方を復習した。等電位線と電気力線は垂直で交わることを思い出した。そして、電気力線はアノードからカソードへ向かっている。電位が高い方がアノード、低い方がカソードである。電極板が平行に置かれている場合とそうでない場合では電流分布が異なることも分かった。
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A.①電気力線の混みぐあいは電流密度を表すんだ。電流は[A]、電流密度は[A/m^2]で表される。電気量はQ=nFで表され、Fはファラデー定数と言い電流は反応速度に比例する。めっきは金属表面に加工して装飾や耐食性を向上される役割があり、例えば鉄にニッケルをめっきするなんてことがあるよ。めっきは建浴が重要であるんだけど、現代の電気化学を探してどのようなものか調べてみよう。 ②「めっきについて調べよう」グループ名：右後ろ 福田、畑中、前田 役割：調査、可視化 工業製品のめっきとして車のバンパー、ホイールを選んだ。厚みは5?以上でたいしょくせいを求めると8?以上が必要である。めっき類としてはユニクロメッキ、クロメートメッキ、黒亜鉛メッキ、三価クロートメッキなどがあった。 ③建浴とは化学薬品を定められた比率で調合し、適切な濃度およびpHに調節して液を作る作業のことである。アルマイトライン封孔剤の建浴を例に挙げると、まず水を入れ、加温し、そこに薬品を入れるという手順で示される。 メッキの厚みはかける電気量に比例すると考える。ファラデーの法則は e-=Q/Fと表されるため、与える電気量が多ければ多いほど析出する金属が多くなりめっきの厚みが増すと考えられる。めっきのばらつきをなくす方法としては、パルス電流をかけるという方法が挙げられた。 春セル試験とは、台形型水槽を使用することで、連続した硬派にの電流密度での析出状態を観察する試験である。これにより、電流密度との関係が簡単に読み取ることができる。そもそも、めっきをするにあたって、製品性能を維持するには浴の管理が重要になってくる。めっき浴は作業とともに変化してるため、様々な試験を行い常に管理していかねばならない。
A.①第六回目の授業では電気力線と等電位線の書き方の復習をし、アノードとカソードの角度が異なるときにどうなるのかを学びました。電気力線の混み具合を電流密度といい電流Aはmol/s（反応速度）に比例すること、電気量は物質量に比例すること、物質量とファラデー定数は比例することを学びました。また、めっきについてニッケルめっきや下地めっきなど様々な種類があることも学びました。 ②ワークショップではめっきを施された工業製品を選び、その建浴について調べました。グループ内ではスプーンを選び、建浴については電気メッキ法を用いニッケルイオンを含むめっき液中で電流を流してスプーン表面にニッケルを析出させる、ニッケルめっき上にクロムイオンを含むめっき液中で電気めっきを行うということをまとめました。 ③授業の発展では3mgの銅を析出させるための計算を行いました。ファラデーの電気分解式を使うことによって、 t=m×n×F/M×I=0.003×2×96485/63.5×0.001=約9115秒となると求めることができました。
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A.①電流とは（Ａ）であり、これは（Ｃ/s）である。また電気密度は（A/m^2）であり、物質量と電気量の比例定数のことをファラデー定数という。ファラデー定数は（C/mol）であり電流は反応速度に比例していることが分かった。電気量（C)×電圧（V）は（J）であり-ΔG=nFEcellという式があり、nFは示量因子、Ecellは示強因子であり、nは無次元である。途中に必要なエネルギーのことを活性化エネルギーといい反応においてはとても大事な要素である。電池において標準電極電位はCu=0.337、Zn=-0.762である。電流を図るにおいて直列で計ることが正しく、並列では図ることができない。 ②ディスカッションではダニエル電池の模式図を書き、電流密度、電圧などを模式図に描いた。またイオン交換法のソーダ電解槽の模式図でも同じことを行い、グラフィカルアブストラクトにまとめた。 ③復習の際に電池式の有用性、標準電極電位の意味を再復習した。
A. 三角法は機能や形状を最も明瞭に表したものを正面図。これだけで表せないときは上から見た平面図や横から見た側面図で補う。電気力線はアノードからカソードへ、等電位線に垂直に交わる。電気の流れ方を電流分布という。電気力線の込み具合を電流密度という。電気分解などでの発生する物質量は電気量に比例する。Q＝ｎF反応速度：mol/s A→C/s電流は反応速度に比例する。電気量はファラデーの法則で定まる。 この授業での演題はメッキについて調べようだった。共同著者は平方、三好、山口であった。私たちの班ではとたんメッキについて調べた。とたんメッキの主な製造方法はどぶづけと呼ばれる方法であり、銅板を亜鉛溶液の中に浸すことで亜鉛メッキ鋼板を作ることが分かった。 復習では以下の内容を行った。電位差計とは電池などの未知の起電力を測定するための器具である。この器具は回路に電流を流さずに起電力を測定するので電圧計内の内部抵抗による誤差（電圧計のジレンマ）を回避することができ、正確な測定を行うことが可能である。測定する際には、測定したい起電力、既知の起電力2点、一様な抵抗線を用意し、回路系に電流が流れない抵抗線での点を探し、オームの法則を用いて計算することで求められる。
A.１講義の再話 メッキ メッキとは、薄い金属の膜を金属や非金属の製品表面に加工する技術を総称する言葉。 メッキは表面処理の一つ、塗料を塗膜にする塗装とは異なり、素材の表面をメッキで覆う処理を行う。 メッキによって製品の見た目は美しく仕上がり、劣化やサビ、摩耗の予防効果も期待できる。 メッキの語源は、「滅金（めっきん）」にあるという説がある ブリキ 鉄板表面に錫をメッキして鉄が腐食されないようにしたもの トタン 鉄板に亜鉛をメッキして亜鉛が酸化されて犠牲になることで鉄板を守る様にしたもの ２ メッキについて グループ名 スプーン メンバー 松本碧衣 今山華百 鈴木純奈 須田琥珀 電気メッキ ニッケルの還元 ニッケルの析出 電流の密度2-6A /dm^2 ニッケルメッキの溶けるの例 ニッケル硫酸 ３ 復習 家の食器のメッキを観察してみた 家にあったスプーンは、その光沢から今回調べたものと同じような加工がされているのではないかと考えられる、実際にメッキをしてみたいものだ
A. 電解槽の正面図や、等電位線、電気力線の平面図を描けるようにする必要がある。電気量と物質量は比例している。電気量を測定する装置をクーロメーターという。銅クーロメーターは材料が安価であり使用も便利なため、広く使用されている。めっきにはニッケルめっきがよく用いられる。 演題は「めっきについて調べてみよう」、グループ名はスプーン、共著者は鈴木純奈、松本碧衣、須田琥珀、私は記録を担当した。フォークの電気メッキについて調べた。Ni??＋2e?→Niとなり、フォーク表面にニッケルが析出している。電流密度は2?6A/dm?である。ニッケルめっき浴の例として建浴を挙げる。ニッケル硫酸は200?300g/Lである。 復習として、めっきの種類について述べる。めっきには、亜鉛めっき（サビ防止）、金めっき（装飾や導電性向上）、ニッケルめっき（耐摩耗性向上）などさまざまな種類がある。それぞれ用途に応じた特性を持ち、金属の表面を保護したり機能性を高めたりする技術である。身の回りの多くの製品に使われていることを知り、普段意識しないところに高度な技術が使われていることに驚いた。
A.1/講義の再話：当日の授業ではファラデーの法則について学んだ。ファラデーの法則は、電気分解の基本原理を示すもので、流れた電気量と電解質中で生じる物質の量との関係を定量的に表す。具体的には、電解によって生成または消費される物質の質量は、流れた電気量に比例する。数式で表すと、生成物の物質量 n は電気量 Q とファラデー定数 F、および電子の移動数 z によって以下のように示される： n= Q/zF ここで、F は1モルの電子が持つ電気量（約96485クーロン）である。ファラデーの法則は金属の電解精製、電気めっき、電解合成など工業的な電解プロセスの計算や設計に不可欠である。また、法則を利用することで、流れた電流から生成される物質の量を正確に予測できるため、効率的なプロセス管理が可能になる。 2/発表の要旨：「めっきについて調べよう」 サックスは金属製の管楽器で、見た目の美しさと耐久性を保つために、表面にめっきが施されることが多い。素材には真鍮（しんちゅう）が使われることが多く、そのままでは酸化しやすいため、ニッケルや銀、金などでめっきを行う。まず、表面を研磨して汚れや油分を取り除き、酸洗いで酸化物を除去する。その後、下地としてニッケルめっきを行い、さらに銀や金で仕上げめっきをする。銀は落ち着いた輝きを持ち、音にもやわらかさを与えると言われている。一方、金めっきは高級感があり、酸化にも強い。また、めっきの種類によって音色も微妙に変化するため、演奏者は自分の好みに合わせて選ぶことがある。めっきは美観を保つだけでなく、楽器の寿命を延ばす重要な役割を果たしている。このように、サックスのめっきには機能性と芸術性の両方の意味がある。 3/復習の内容：「3mgの銅を析出させるには？」 電流：1?mA = 0.001?A 銅の析出量：3?mg = 0.003?g 銅の原子量：63.5?g/mol 銅イオンの価数：2（Cu?? + 2e? → Cu） ファラデー定数：F = 96500?C/mol 銅の物質量： ?=?/?=0.003/63.5?4.724×10^－5 mol 必要な電気量 Q : ?=?×2×?=4.724×10^－5×2×96500?9.11C 時間を求める:?=??=9.11/0.001=9110秒 結論として3?mg の銅を析出させるには、1?mA の電流で約 9110?秒（約 2.53 時間）通電する必要があります。
A.第6回の授業電気分解とファラデーの法則～銅クーロメーターと電気めっき～では、電気分解の基本原理と実用的な応用について学んだ。ファラデーの法則により、電気量が反応で生成・消費される物質量に比例すること、また、電流が反応速度に比例することを確認した。これらの関係は、電極反応を定量的に扱ううえで基礎となる概念である。授業では、電極形状が電位分布や等電位線に与える影響についても学んだ。電極が曲がっている場合等電位線はどうなるのかを考え、発表、話し合いをした。曲がった電極では等電位線や電流密度が変化することを学んだ。さらに、電気めっき技術についても取り上げ、錆びやすい金属をより安定な金属でコーティングすることで腐食を防ぐ方法が紹介された。電解溶液の設計は「建浴」と呼ばれ、めっきの品質に大きな影響を与える。グループワークでは、スプーンのニッケルメッキについて調査し、電気メッキ法によって表面にニッケルイオンを析出させていることを確認した。
A. 工業技術において正しい図面を書くためには、必ず下書きを行い、構成やバランスを整えてから清書することが重要である。これは正確な製作・加工の基礎となる。また、電気的現象の理解として重要なのが電気力線の概念であり、これはアノード（陽極）からカソード（陰極）へ向かって描かれ、途中で途切れたり交差（クロス）することはない。この電気力線の密度や分布により、電流密度の違いや電気力の強弱がわかる。さらに、電気量と物質量はファラデー定数（約96,485 C/mol)によって比例関係をもち、電流（A）は反応速度（mol/s）に比例する。この関係を基に、電解反応の進行を定量的に捉えることができる。 銀クーロメータ（現在は銅を使う例が多い）は、電気量を正確に測るための装置で、山形大学にも設置例がある。実験などで使われる電解液の入った建浴では、尖った部分や形状の影響により電気力線が集中しやすく、これによって局所的に反応が進みやすくなる。設計や実験においてはこの点を意識しておく必要がある。 電流分布や反応速度の制御、図面の精度など、工業技術では理論と実践をつなげる正確な観察と記述が求められる。 グループワークでは車の外装のコーティングについて調べた。車の外装のコーティングは三価クロムメッキでコーティングされている。メッキ液はチタンに特殊コーティングされた不溶性電極を用いてシングルセル方式で作られていることがわかった。 コーティングについて調べた。コーティングには様々な種類があり、保護コーティング、装飾コーティング、機能性コーティング、医薬品コーティングという種類がある。このうち医薬品コーティングについてさらに調べた。医薬品コーティングとは有効成分の放出制御や安定化を行うものであることがわかった。
A. 図であわらすとき、正面図と平面図がある。電気力線は、途中で途切れず交わらず枝分かれしない。極版が斜めの時について考える際は、等電位線から考えることで電気力線が推測できる。電流密度は電流分布を数値的に表現したものであり単位は[A/m2]である。電流は反応速度に比例する。例えば、電池が266mAを示すときこれは亜鉛と二酸化マンガンの反応速度を示している。一方で電気量は物質量に比例する。電気量が目的以外に使われるとき、電流効率が悪いということになる。カソードの対象物表面に金属イオンを還元析出させてその金属薄膜でコーティングする技術のことをめっきという。 グループワークでは、「めっき」について栗田さん、菅井さん、秋山さんと議論を行った。メッキが施された工業製品として、水道の蛇口を選んだ。水道の蛇口の材質は銅と亜鉛の合金である。そこに下地としてニッケルメッキ、その上にコーティングとしてクロムメッキを加工するニッケルクロムめっきが施されている。これには、光沢剤が添加されていることが多いことが知られている。グループワークにおいて登壇者の役割を担った。 復習として「めっき」についてさらに調べた。めっきには主に電解めっきと無電解めっきの2種類があり、電解めっきは外部電源を用いて金属イオンを還元し、無電解めっきは化学反応により金属を析出させる。機能面では、ニッケルめっきは耐食性と硬度の向上に、亜鉛めっきは鉄の防錆に、金や銀のめっきは高い導電性を活かして電子部品に使用される。また、装飾目的のクロムめっきや、摩耗防止のための硬質クロムめっきなど、用途に応じた多様な技術が存在する。環境負荷の少ないめっき法などの研究も進んでおり、産業・環境の両面で注目される技術であると感じた。
A.静電場の理解に重要と分かりました。 第６回 今回は平面図を書き、電気力線を書き加えた。電気力線はアノードから放出され、カソードに入る形で書かれる。また、メッキについても学びました。めっきとは金属や非金属などの表面に金属の薄膜を被膜する表面技術であり、湿式、電気めっき、化学めっき、乾式めっき、真空めっき、溶解めっきなどがある。 工業製品として車のバンパーを選んだ。バンパーには合成樹脂であるABS樹脂を用いた ABS 樹脂めっきが使われている。ABS樹脂はアクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの 共重合合成樹脂である。ABS 樹脂のメリットは軽量性、成形の自由度、金属の外観を再現 できる点にある。一方で、対候性や耐薬品性が低い点、低温で脆くなる点がデメリットであ る。 電気めっきは電流で金属イオンを還元し、対象に金属を析出させる方法。化学めっきは電流を使わず化学反応で金属皮膜を形成。真空めっきは高温・真空下で金属を蒸着。溶解めっきは溶融金属に対象を浸して冷却・固化させる技術。用途や素材に応じて使い分けられる。
A.①ギブスの自由エネルギー（ΔG）を中心とした熱力学の基本式を学び、エンタルピー（ΔH）とエントロピー（ΔS）の関係を式 ΔG = ΔH － TΔS で表現し、自発反応の条件を理解した。また、理想気体の状態方程式 PV = nRT を用いて、圧力・体積・温度・物質量の関係を整理し、力学的エネルギーや熱エネルギーとのつながりを考察した。さらに、電気エネルギーに関する内容では、光の量子エネルギー（E = hv）との関連に触れ、エネルギー形態が光・熱・力学・電気など多岐に渡ることを確認した。それぞれの示量因子、示強因子についても確認した。 ②自動車外装の装飾に使われるクロムメッキは、美しい光沢と高い耐久性を持つため、高級感や機能性を両立させている。クロム金属は空気中の酸素と結合して不動態皮膜を形成し、錆びにくくする特性を持つ。メッキは電気化学的に金属表面に析出させることで、均一かつ強固な金属皮膜を実現している。 ③ギブスの自由エネルギー ΔG = ΔH － TΔS の式を通じて、自発反応の条件や熱力学的な反応の進行を理解した。理想気体の状態方程式 PV = nRT により、圧力・体積・温度・物質量の関係を整理し、様々なエネルギーについても学んだ。さらに、示量因子、示強因子の概念も確認した。
A.①電池における電流密度、電気量の式、反応速度、クーロメーターの校正について学びました。電流密度は、A/m^2 の単位で表され、電気力線の混み具合と等しいことが分かりました。また、銅の電解精錬において、析出する銅の物質量は流れた電気量に比例し、電気量Q(C)は「Q=nF」で表されることが分かりました。Nは物質量(mol)で、Fはファラデー定数（C/mol）です。この析出物と電気量の関係式を用いて、クーロメーターの校正が行えます。既知の析出物の物質量から逆算して流れる電気量を計算し、その理論値がクーロメーターの測定値と見合っているかを確かめることで校正を行います。また、反応速度(mol/s)は電流（J/s）に比例するため、電流は反応が進行していることを表しているということを理解しました。 ②グループ名は左うしろです。グループメンバーは小野翔太、長尾瞬、細井蓮、鈴木晴琉です。発表では、めっきされる工業製品を1つ選び、建浴方法について調査しました。自分たちのグループではニッケルメッキを選びました。ニッケルメッキは、文房具やキーホルダーなどに使われており、鉄、銅、真鍮などをめっきできます。ストライクメッキ（ウッド浴）によって難材である銅、青銅、真鍮のめっきを行っていることが調査の結果わかりました。 ③復習では、めっきについてさらに詳しく調べました。めっきは、電気化学的な反応や化学反応を利用して金属を表面に析出させる技術です。今回の授業で学んだ方法は電気めっきで、銅などの金属イオンを電気的に還元して金属の薄膜を形成させます。酸化被膜により不動体を作る金属は、表面が酸化して不動体（酸化被膜）となることで腐食しにくくなります。そのため、さびやすい金属の表面をめっきにより不動体を作れる金属を析出させることで、腐食防止をすることができます。
A.この講義では、平面図以外にも正面図という表し方があるということを学び、アノードとカソードを斜めにした時，電流分布が違うということを知り、電流密度が変化するということを学んだ。そして、電気量と物質量は比例するということを学び、Q＝mFで表されるということを学んだ。ファラデー定数はC/molという単位で表され、電流密度は反応にムラがあり、狙った反応以外のことが起きて電流効率が悪いということが分かった。 発表では、水道の蛇口がどのようにめっきされているのかを学び、銅と亜鉛の合金、ニッケルクロムでメッキしていることが分かった。
A.①等電位線は、アノードやカソードの周囲に円状に描かれ、地図の等高線のように電位が一定の領域を示す。一方、電気力線はアノードからカソードへ向かって描かれ、電場の方向を表す。電気力線は常に等電位線に対して垂直であり、両者の関係は電場の構造を理解する上で重要である。線の密度が高いほど電流密度が大きく、A/m?で表される。電流効率は理論上の電流に対して実際に反応に使われた割合を示す指標である。 ② 車の外装のめっきについて調べた。3価クロムめっきでコーティングしている。めっき液はチタンに特殊コーティングされた不溶性電極を用いたシングルセル方式でつくられる。3価クロムは10g/L含まれている。 ③3ｍｇの銅を析出させるにはについて記載する。ファラデーの法則を利用して計算する。(4.72×10^-5[mol]×2×96500[C/mol])/(0.001[A])=9.11[C]/0.001[A]=9118[s]また、 I=(0.005×2×96500)/(63.5×600)=(0.005×193000)/38100=965/38100=0.0253 A=25.3 mA
A. 第6回の講義では、電流についての理解を深めた。エネルギー化学の考え方では、電流A[c/s]の大きさは反応速度[mol/s]と比例関係にあると捉えることができる。また、電気分解に必要なエネルギーは電圧×電気量で表され、理論分解電圧に等しいということが分かった。また、めっきについても学び、電気力線が集中するのを防ぐ効果があると分かった。 グループディスカッションでは、「演題：めっきについて調べよう（グループ名：team sax、共著者名：大濱風花、山崎里歩、山根寿々、石毛翼、HUYNHVINH KHANG、役割：書記）」をテーマに話し合いを行った。私たちは、メッキを施された製品として楽器のサックスを選んだ。 金管楽器はメッキ加工が施されているものが主流となっており、メッキの種類によってその音色にも特徴が現れる。例えば、真鍮（ゴールドラッカー）は銅が70％、亜鉛が30％含まれた合金であり、これでメッキされたサックスは軟らかく明るい音色を持つ。また、ブロンドブラスは真鍮より銅の配合が多い合金であり、丸く温かみのある音色を特徴づける。シルバープレートは真鍮素材の管体に銀をメッキしたもので、サックスは芯のある落ち着いた音色となる。このように、メッキは材料の腐食を防ぐだけでなく、楽器の音色を特徴づけるための手段としても用いられていることが分かった。 発展内容として、めっきを施すことのメリットについて考察しためっきには防腐作用のほかに、コスト削減にも一躍買っているのではないかと考えた。商品全体に希少な材料を用いるよりも、表面のみその金属でコーティングした方が材料費を大幅に抑えられるうえ、商品の見た目も担保することができるというメリットがあるのではないだろうか。
A.①第六回は電気分解とファラデーの法則、電気めっきについての授業であった。 平面図とは正面から見た図を上から見た時の図であり、平面図にしても電気力線は途切れない。電気力線の込み具合である電流密度の単位はＡ/ｍ?であ。電気量Ｑは物質量に比例し、Ｑ＝ｎＦと表すことができる。ここでＦとはファラデー定数のことであり、1?の電子が持つ電気量のことであり、9.65×10?Ｃ/?である。電流は反応速度に比例し、Ａ＝Ｃ/ｓと表される。 ②授業最後の演習では、めっきについて調べた。班名はteam saxであり、班員は大濱風花、立花小春、山崎里歩、石毛翼、HUYAIHVINH KHANG、山根寿々の六人であり、役割は発言だった。私たちの班ではサックスのめっきについて調べた。管楽器はめっきが施されているのが主流であり、サックスでは主に三種類に分けられる。一つ目は真鍮である。これは銅70％、亜鉛20％の合金であり、柔らかく明るい音色になる。二つ目はブロンドグラスである。これは真鍮よりも銅の割合が多い合金であり、丸く温かみのある音色になる。三つめはシルバープレートである。これは真鍮素材の管体に銀メッキを施したものであり、芯のある落ち着いた音色になる。 ③この授業の復習として、3mgの銅を析出させる方法を考えた。銅のモル質量は63.5程度であるので３mgは約4.72×10???である。1?の銅(Ⅱ)イオンから銅にするには2?の電子が必要であるため、この時必要な電子の物質量は4.72×10??×2＝9.44×10??である。ファラデーの法則より、Q＝9.44×10??×9.65×10?＝9.10C より、銅3mgを析出させるには9.10Cの電気量が必要であることがわかった。
A.ファラデーの法則は、時間的に変化する磁場によって電場が生じることを示す法則である。これにより、電磁誘導の現象が説明される。具体的には、閉回路に対して磁束が変化すると起電力が生じ、その大きさは磁束の時間変化率に比例する。電気力線とは電場の方向と強さを視覚的に表した線であり、正電荷(アノード側)から出て負電荷(カソード側)にに入る向きへ等電位線へ垂直に描かれる。電場が強いほど電気力線は密に分布する。最後に、電流密度とは単位面積あたりを流れる電流の大きさと向きを示すベクトル量である。これは導体内における電荷の流れを微視的に表現するのに用いられ、オームの法則を微分形式で記述する際にも重要な役割を果たす。 グループワークではめっきについて調べた。めっきが使われている工業製品としてABS樹脂めっきを選んだ。ABS樹脂めっきとはABS樹脂(アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン共重結合)というプラスチック素材の表面に金属(ニッケル、クロム、銅など)を被膜する処理をされたものである。メリットとしては軽量性、成形の自由度、金属の外観再現である。 復習としてこれらがどのように応用されているのか学んだ。ファラデーの法則は、電磁誘導の原理として発電機や変圧器に応用されている。電気力線の概念は電場の可視化に用いられ、電子光学や電場解析に応用される。電流密度は導体内の電流の流れを微視的に扱う際に用いられ、集積回路や電磁界解析に不可欠である。
A.１．グラフや図表を描くとき、また、正面図や平面図、側面図を描くときには、下書きが重要である。これは、電気の流れ方が異なる電流分布や電気力線の込み具合で表される、電流密度を描く際にも同様のことが言える。 電流の単位はc/sである。これは、速度を示すといってもよい。また電流は、反応速度に比例するため、目的物以外の生成物が発生する化学反応において、電流を流すと、電流効率が悪くなってしまう。 ２．私たちのグループでは、グループ名を左前として、ニッケルメッキについて調査し、特徴として室内で使う文房具やキーホルダーなどの身近な製品に使用されていることが分かった。またメッキの方法としてストライクメッキ（ウッド浴）法がある。 ３．ストライクメッキ（ウッド浴）法について調査した。ストライクメッキ（ウッド浴）法は、ルミやチタン、マグネシウムも同様なのだが、酸化皮膜のできやすい金属へのめっきは密着不良対策がポイントになり、ステンレスやチタンはストライクニッケルめっきなど酸性溶液でのフラッシュ（薄い）めっきを下地めっきしてから、任意のめっきを行う方法が標準的に用いられる。めっき業界では、このめっきのことを特に、「ストライクニッケルめっき」または「ウッド浴」という名称で呼んでいます。
A.①製図の基礎知識について。製図では対象物の形状・機能を最も明瞭に表す面を主投影図として選び、これを正面図とする。正面図だけでは表せないとき、平面図や側面図で補い、対象物を理解しやすいようにする。電気力線と等電位線の平面図について。Q=ｍF。 ②発表ではフォークのめっきについて調査した。フォークは電気メッキが施されている。ニッケルにより、フォーク表面にニッケルが析出する。電流密度は2?6A/dm^3である。ニッケルメッキ俗の例(建浴)についても調べた。例としてニッケル硫酸が挙げられる。(200?300g/L) ③復習ではニッケルメッキについて詳しく調べた。ニッケルメッキとは、金属やその他の材料の表面にニッケルを被覆する表面処理のこという。耐食性、耐摩耗性、装飾性、耐熱性、磁気特性を付与するために用いられる。電気ニッケルメッキとは電気を使って、金属表面にニッケルを析出させる方法である。均一な膜厚にするためには形状や電流密度の調整が必要である。無電解ニッケルメッキとは電気を使わず、化学反応によってニッケルを析出させる方法である。特徴は複雑な形状や非導電体にも均一な膜厚で処理できることである。
A.電気にまつわるさまざまな公式などを学んだ。たとえば電流Aはc/s（クーロンパー秒）で求められ、電気量は物質量に、電流は反応速度に比例するといった特徴がある。また電流計について、これはかならず直列に繋ぐこと。さらに正しいかどうかのチェック（校正）を行い正しく結果を得ることが重要となっている。またメッキについても学んだ。ニッケルメッキなどが例としてあり、電解液に建浴させる上でその組成を設計することが非常に重要である。 発表ではメッキを用いた製品として食器を選び調査を行った。食器においてメッキはナイフやフォークなどなど幅広く利用されており主な働きとして見た目を良くすることによる商品価値の向上、さびおよび腐食の防止などが挙げられるといったことが明らかとなった。 復習として私が以前よく演奏していたトロンボーンが属する金管楽器にめっきが使われているという話を知っていたためそれについての調査を行った。金管楽器は真鍮という合金でできており、表面にメッキを施すことで見た目の美しさを向上させたり、音色や耐久性を調整したりしている。代表的なメッキの一つに銀メッキがある。多くの楽器に採用されており、音色に深みと柔らかさを与えるのが特徴である。落ち着いた響きが好まれる一方で、時間が経つと黒ずみが生じることがあるため専用のクロスでのお手入れが必須となる。また、豪華な見た目が特徴的な金メッキも使われる。金メッキは明るく華やかな音色と、パワフルな響きをもたらす。高級機種に多く見られるが、銀メッキよりも繊細なため柔らかい布で優しく拭くなど丁寧な扱いが必要となる。このように、金管楽器のメッキは音色や演奏に影響を与えるため、楽器を選ぶ上で重要な要素の一つとなっていることが明らかとなった。
A. ファラデーの法則により、電解によって析出する物質量は電流と時間に比例することが分かる。この関係を応用した銅クーロメーターは、実験的に電流量を測定できる装置である。電気めっきにおいては、電流効率や電流密度が製品の品質に大きく影響するため、それらの最適化が重要となる。また、析出反応の進行には適切な平衡電位の理解が必要で、製品検査では厚さや密着性も確認される。 水道の蛇口に付いて調べた。 水道の蛇口は、銅と亜鉛のめっきが施されている。銅めっきは抗菌性があり衛生的に、さらに見た目もよく耐食性がある。亜鉛めっきはサビを防ぎ、安価で実用的である。 また、建浴(添加剤、光沢剤など)によりめっき液を調整することで蛇口の美しさ・耐久性・機能性が確保される。 ファラデーの法則で電解による析出量がもとめられ、銅クーロメーターで電流が測定できる。電流効率や持つ度は電気めっきの品質に関わると理解した。
A. 正面図とは1番印象付ける図のことを指し、平面図とは上から見た図のことを指す。電流密度は単位がA/m2であり、電気力線の込み具合を示す。また、電流は単位がA＝C/sであり、電圧に比例する。mol/sは反応速度を示す単位である。電流効率とは、電気化学反応において、流した電気のうち目的の化学反応に使われた割合を示す。クーロメータにはAgがよく用いられるが、Agは高価であるため、学生実験ではCuが用いられることが多い。 工業製品として車のバンパーを選んだ。バンパーには合成樹脂であるABS樹脂を用いたABS樹脂めっきが使われている。ABS樹脂はアクリロニトリル、ブタジエン、スチレンの共重合合成樹脂である。ABS樹脂のメリットは軽量性、成形の自由度、金属の外観を再現できる点にある。一方で、対候性や耐薬品性が低い点、低温で脆くなる点がデメリットである。 今回授業で出てきたクーロメータ以外の電気量測定機器について調べたところデジタルマルチメーターというものがあるのが分かった。デジタルマルチメーターは、電圧・電流・抵抗など複数の電気的量を測定できる汎用機器で、電気量の測定にも広く用いられる。電流測定モードでは、回路に直列接続することで流れる電流を数値で表示し、積算すれば電気量（クーロン）も算出可能である。高精度で読み取り誤差が少なく、回路設計や保守点検、教育用途など幅広い分野で活躍している。
A.①析出物(mol)が出る量を計算して実際に析出した量(mol)を用いて校正する。これをクーロメータといい、微量な成分の濃度変化なども定量的に求めることができる。下地メッキによく使うのが銅のストライクメッキである。また、電解液の設計(どれくらい)入れたらいいのか考えることを建浴という。メッキは厚みの均一が大事であり、ピカピカにするのは大変である。このとき電気力線の集中を防ぐために添加物を入れる。 ②「めっきについて調べよう」グループ名りかちゃむ 榎本理沙、嶋貫莉花、羽生胡桃、遠藤由里香、白坂茉莉香 試料作成 グループワークではめっきについて調べた。めっきが使われている工業製品としてABS樹脂めっきを選んだ。ABS樹脂めっきとはABS樹脂(アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン共重結合)というプラスチック素材の表面に金属(ニッケル、クロム、銅など)を被膜する処理をされたものである。メリットとしては軽量性、成形の自由度、金属の外観再現である。 ③めっきが生まれた理由を考察し、調べた。めっきには見た目をよくするためと錆びを作らないようにするためという二つの理由があると考える。車に塗装されているメッキは除草剤などによりはがれると考えた。まず、めっきが生まれた理由を調べると、腐食防止や電気伝導性を高めるため、そして見た目をよくするためなどが挙げられた。また、自動車に塗装されているめっきは強いあるかりに弱く、除草剤によってはがれるとわかった。
A. 電流や電流密度、電力効率などについて学んだ。また、メッキが装飾、耐食性、耐摩耗性、電気伝導性の向上など、多目的に利用されていること。メッキの種類と原理について学んだ。 発表では、メッキについて調べた。自分たちのグループは車のバンパーやホイール、ネジが熱気されていることを調べ、その中でもネジについてメッキの規定や種類を調べた。 復習では、メッキについて考えた。メッキの主な種類と原理として２つ調べた。まず、電気メッキ（電解メッキ）である。原理としては、電気分解の原理を利用し、金属イオンを陰極に還元して被覆する。使用例はクロムメッキで工具、バイク部品、金メッキで電子部品、装飾品、銅メッキで配線、基板をメッキする。特徴として均一な厚みがある。次に無電解メッキ（化学メッキ）である。原理としては還元剤を使って金属イオンを化学反応で還元・析出する。例としてニッケルメッキ（無電解Ni）は樹脂部品や非導体へのコーティングである。特徴として、非導体にもメッキ可能、均一な膜厚制御が可能である。
A.①電気量は物質量に比例する。このことから、電流は単位時間あたりの反応速度を表していると解釈できる。これは、式からも容易に理解することができる。電流は、1秒間当たりに流れる電荷で表現されるため、式を変形すると、電流I＝nF/tとなり、単位は[(C/mol)・mol/s]である。このことから、電流は電子をやり取りする反応速度を表していると十分に解釈できる。 続いて電流効率について考える。電流効率はηで表され、電気化学反応で流れた電気量のうち目的の反応に実際に使われた割合を示す指標である。銅の還元反応を例に考える。銅の還元反応において10000Cの電気を流したときに、3gの析出であったとすると、理論析出量は、635000/193000＝3.29gとなるため電流効率は(3/3.29)×100＝91.2％となる。 ②グループワークでは、メッキについて調査を行った。半導体製造におけるメッキは、液相反応で、低コストであるが、乾式プロセスや化学蒸着と比較すると精密性に劣ることを理解した。また、ニッケルスパイクの抑制にも大きな役割を果たしている。ニッケルスパイクとは、Si基板上の金属配線形成時に発生する欠陥、トラブルの一種のことである。ジンケート処理という工程において、表面形状や成分の偏析などが原因となって局部腐食を伴ってしまう。 ③電池やメッキには電解浴の設計建浴が重要である。まず、設計とは溶質、溶媒、pH、添加剤、粘度、導電性を目的に合わせて最適化することを意味している。そして、建浴とは電解液が正常に機能しているかどうかを点検、評価する作業のことである。長期運用でのコスト抑制や不良の未然防止が必要である。
A. エネルギー変換の効率を考える上で、熱力学は重要な役割を果たす。ギブズの自由エネルギー変化（ΔG）は、化学反応が自発的に起こるかどうかを判断する指標であり、最大取り出し可能な仕事量を表す。これはエンタルピー変化（ΔH）とエントロピー変化（ΔS）から導かれる。電池の起電力（E）は、このΔGとファラデー定数（F）、反応に関わる電子数（z）を用いて$\Delta G = -zFE$という関係式で結ばれている。ネルンストの式は、濃度や温度といった条件が変化した場合の電位の変化を予測し、非平衡状態でのエネルギー変換を理解する上で不可欠である。 ダニエル電池の等電位線と電気力線を図示し、電位分布と電場の向きを視覚的に把握した。等電位線は電気力線と直交し、電池内部での電子とイオンの移動経路を明確に示すことができた。視覚的表現が電池理解を深める手法であると考えた。 電池内部でのイオンの動きや電場の分布を模式的に描くことで、反応がどこで起きているかが明確になった。等電位線と電気力線の関係を理解することで、電極反応の起こる場所や仕組みに対する直感的な理解が得られた。
A.機械の設計や実験装置の製図するときは、はじめに下書きをしてから実際にペンなどで図面を書く。 平行の電極と平行ではない電極では、電気の流れ方に違いが出てくる。電極の幅が狭いところは電気分布が狭く、電気密度が高くなる。つまり、電気分解などの反応を起こしたとき、反応にムラが生じる。また、銅の精製するときに狙ったもの以外が発生したときに電流効率が悪いといい、工業において電流効率をいかに高めるかが重要になってくる。メッキというものは、酸化しやすい物質を酸化しにくい物質で覆うことである。メッキの一例として、下地メッキにCuストライクをして、その上にニッケルメッキを行うことがある。この際に、メッキのピンホールが起こっては行けない。理由として、ピンホールから中の金属が酸化してしまうためである。 我々の班では、トタンメッキについて調べ、トタンメッキは銅板に亜鉛メッキしたものである。 クロムメッキというものは、耐摩耗性をもち、耐腐食性も高いものであり、自動車や飛行機の部品や水道の蛇口などの身近なものに利用されている。
A.①今回の授業では、初めに電池の正面図、電池の平面図について学んだ。また、アノードからカソードに電気力線がどのように流れるのか、実際に図に書いて学んだ。電力は反応速度に比例し、電気量は物質量に比例することを学んだ。また電流が正しいかどうかを確かめる方法を校正ということを学んだ。また電流効率について、現代の電気化学より、単位重量を得るのに、実際に流れた電気量と理論電気量の比であることを学んだ。 ② グループワークではめっきについて調べた。めっきが使われている工業製品としてABS樹脂めっきを選んだ。ABS樹脂めっきとはABS樹脂(アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン共重結合)というプラスチック素材の表面に金属(ニッケル、クロム、銅など)を被膜する処理をされたものである。メリットとしては軽量性、成形の自由度、金属の外観再現である。 ③ 今回の授業では、いろいろな電気力線を書いた。電流分布の考え方が大切であるということを学んだ。電気力線の混み具合を電流密度と言う。物質量Mと電気量Qの比例定数をファラデー定数Fで書く。電流に比例するものは反応速度である。狙った反応に電気が使われていないと電流効率が悪いという。テストのようにきれいな数は出ない。析出物(mol)が出る量を計算して実際に析出した量(mol)を用いて校正する。これをクーロメータという。下地メッキによく使うのが銅のストライクメッキである。
A. 平面図を書く際は下書きをすることが大事。電気力線はアノードからカソードに書かれる。電気力線は電極に垂線で入る。等電位線は等しい電圧同士を結ぶ。電流に偏りがあり、電流分布で表すことができる。電気力線の混み具合のことを電流密度という。電流ＩはA(アンペア)＝Ｃ/Ｓで、電流密度はA/ｍ^２で表す。電気量Ｑの比例定数をＦ(ファラデー定数)で表す。電気量は物質量ｎに比例する。電流Ｉ＝電圧Ｖ/抵抗Ｒで求められるため、電流Ｉは反応速度に比例する。反応速度はmol/sを表す。 実際の操業では、理論値で稼働することはなく、発生した電気が目的の物質の析出に使われているかを電気効率で表す。これを、実際に得られた目的の製品の量/流れた電気量から計算される製品の理論生産量で表すことができる。 電流計が正しいかどうかを校正する。電解槽に電気を流して、析出物質の物質量を測定し、電流計の目盛りが正しいか確認する。クーロメータと言われる。鉄がさびるのを防ぐために、表面にニッケルを塗布する。これをめっきという。めっき液を調合したり、古くなっためっきを再生したり設計することを建浴という。ピンホールができ、そこから腐食するのを防ぐ めっきの工業製品を取り上げ、設計において、ピンホールをどうやって防ぐのか。
A. 電流A（アンペア）はC/sと表すこともでき、電流は反応速度に比例することがわかる。電気化学で使われる電気量の求め方の1つとしてQ=nFという式があり、特に電気分解や電池反応において使われる。このときFはファラデー定数である。表面の装飾や機能化、耐食性、耐摩耗性化としてメッキがある。メッキには電気めっきや無電解メッキなど、様々な種類があり、メッキ液を調製することを建浴と呼ぶ。鉄をベースとしたニッケルメッキにはその間にCuストライクという下地メッキを施すことで密着力とメッキ品質を向上させることができる。 メッキについて調べようの発表ではニッケルメッキを選んだ。グループ名は左前であり、グループメンバーは私を含め、小野翔太、細井蓮、日下陽太であった。また、私の役割は調査であった。ニッケルメッキは文房具や機械部品、ブスバーに使われており、ストライキメッキ(ウッド浴)という処理が用いられていることがわかった。 平常演習の銅クーロメーターによる電流計の較正では、次のような計算から電流の平均値が求められた。ファラデーの電気分解の法則より、m=MIt/nFここでI=mnF/Mtまた、m=5mg=0.005g、n=2、F=96500C/mol=96500As/mol、M=63.5g/mol、t=10min=600sであるから、流れた電流の平均値は I=0.005×2×96500/63.5×600=0.0253=0.025A 電流効率が100%であるから電流のロスはない。したがって、求める電流の平均値は0.025Aである。
A.【講義の再話】 平面図について学習した。一番特徴づけるの正面図、上から見て平面図、横から見て背面図であり、これを第三角法という。製図するときは下書きをするのが大事である。電力線はプラスからマイナスに描くとよい。また、アノードから出るのも重要な点である。 電流密度と電流分布を描いた。斜めのとき電流密度A/m^2である。 電気量Q=mF、Fはファラデー定数を示す。 電気量と物質量は比例する一方で、電流は電荷に比例し時間に反比例する。mol/s は反応速度を表しており、電流が沢山流れているということは反応速度が速いということである。 電流効率とは実際に得られた目的の製品の量/流れた電気量から計算される製品の理論生産量で表される。 実際は理論通りに動くことはないので電流効率を求める。 電解液の設計は建浴という。レシピが大事で、会社ごとに秘密のレシピがある。電気力線の集中を防ぐために光沢剤を入れて表面をピカピカにすることもある。ピンホールと言う穴があるとそこから腐食する。そのためメッキで覆うことで穴をふさぐことが重要である。 【発表の 要旨】 演題はメッキについて、グループ名は三価クロムであった。グループに属した人は高橋香桃花、三船歩美、原野美優、大阪琉音、鈴木結唯、増子香奈であった。自分が発表の創作に果たした役割は調査である。メッキは車の塗装に活用されており、またメッキ液はチタンに特殊コーティングされた不溶性電極を用いたシングルセル方式で作られることが分かった。 【復習の内容】 メッキについて復習した。めっきの種類は大きく分けて、湿式めっきと乾式めっきの2種類がある。違いはメッキを行う際に水溶液を使用するかである。湿式メッキは水溶液中で化学反応や電気分解を利用して金属皮膜を形成する方法で乾式メッキ真空中で金属を蒸着させたり、溶融金属に浸漬させたりする。
A.電気の平面図を描き、電気力線と等電位線を描いた。アノードとカソードを結ぶまたは反発するのが電気力線、アノードとカソードを結ぶ線とは異なり電気力線に対して交わるように引いた線を等電位線とした。電気量はQはQ=nFでnはモル数、Fはファラデー定数とした。実際の操業では理論値で稼働することがないため、流れた電気量から計算される製品の理論生産量で割った値である電流効率が存在することがわかった。 演習はめっきを施された 工業製品をひとつ選び、その建浴、 方式について調べることだった。メッキが利用される工業製品として半導体を取り上げた。半導体はアルミニウムを用いており、アルミニウムが乾式・化学蒸着メッキがされて局部腐食抑制が起こることでニッケルスパイクの抑制とジュケート液の使用が出来るとわかった。 3mgの銅を1mAの電流を流して析出するときの電解の時間を演習で求めた。銅の分子量を64g/molとして、銅は3×10^(-3)g、化学式はCu??＋2e?→Cuより、電子のモル数は3×10^(-3)g/（64g/mol）×2mol、これを電気量にして電流で割ると3×10^(-3)g/（64g/mol）×2×96500C/mol/（1×10^(-3)Aより9047秒の電解で析出できると考えた。
A.特徴づける図 正面図 三角法 電気力線はプラスからマイナスへ矢印 メッキ 健浴 避雷針 電流に比例するのは 電流効率 電気力線が集中
A.①電流分布が異なると電気力線図がわかると知りました。電気力線の込み具合のことを電流密度といいました。物質量と電気量の比例定数がファラデー定数で、物質量とファラデー定数は比例します。また、電流は反応速度に比例します。ほかに電流効率の意味についても学びました。 ②ワークショップではめっきについて調べました。私達の班ではフォークについて調べました。フォーク表面にニッケルを析出させる反応で建浴させることでできると調査しました。 ③校正、建浴
A.
A. ①テーマはファラデーの法則、銅クーロメーターと電気めっきについてである。電気量Qと物質量nの関係を表す式はQ=nFであり、電気量と物質量を結ぶ比例定数をファラデー定数という。また、クーロメーターはファラデーの法則を使うことで電気量を求めることができる機器であり、高価な銀クーロメーターの代わりに安価な銅のクーロメーターが良く使われている。そして、めっきにおいてめっきのされていない穴をピンホールといい、腐食の起点となってしまうので、ピンホールが生じないように注意しなければならない。 ②めっきについて調べる発表では、サックスを選んだ。グループ名はSaxで、グループのメンバーは私を含めて立花小春、大濱風花、山崎里歩、HUYNHVINH KHANG、山根寿々であり、私の役割は調査であった。めっきする金属によって、音色が異なることが調べられた。例えば、真鍮では柔らかい明るい音色を出すことができる。 ③【平常演習】06-02「銅クーロメーターによる電流計の較正」で取り組んだ内容を次に示す。ファラデーの法則を用いて、流れた電気量を求める。1molの銅が析出するとき、2molの電子が流れるので5mgの銅が析出したときに流れる電気量は2×9.65×10^4[C/mol]×5×10^(-3)[g]÷63.5[g/mol]=15.2[C]である。ここで、電気量[C]は電流[A]に時間[t]を掛けたものだから、電流の平均値は10分が600秒より15.2÷600=0.0253[A]と求められる。
A.今回は正面図、平面図について考えて図面を書くときは下書きをすれば失敗せずに効率よくかけることがわかりました。また、電気力線は等電位線に垂直に交わることを再確認できました。聞かれても説明ができなかったので思い出す良い機会となりました。また、電気力線の混み具合はアノードよりカソード側の方があることがわかった。電流密度が大きいと言えました。電気量は物質量に比例することがわかりました。Q=mFの式で表せることがわかりました。また、電流はA=c/sで表せることがわかりました。Mol/sは反応速度を表しています。よって、電流は反応速度に比例することがわかりました。また、電流計が正しいかどうかのチェックを行うとして、校正することを学びました。 グループワークでは、メッキについて考えました。食器に絞って探し、ナイフやフォークを対象に調べました。メッキは見た目をよくし、製品の向上や防腐につながることがわかりました。
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