To Protect It, Something Must Dissolve First ── Attach zinc and the difference is +0.32 V and the iron is protected; attach copper and it is -0.78 V and the iron goes faster ── the protector loses 10.6920 kg per ampere-year ── the same act of attaching a metal reverses sign ── [Paper 440]

Abstract

Protecting a metal is thought to mean covering it. This paper shows that there is a way of protecting that does not cover but attaches something that dissolves first──and that attaching the wrong metal reverses the sign. No new theorem or law is claimed. Scope of this paper (scope note): No new theorem or law is claimed──standard electrode potentials, galvanic corrosion, sacrificial anodes and Faraday’s law are all standard. No electrochemistry is derived──the origin of potentials and the Nernst equation are used as known. No corrosion rate is predicted──a potential difference does not fix a current. Electrolyte conductivity, area ratios and polarisation all act, and none is treated here. The potentials are used conditionally──standard electrode potentials hold under particular conditions, and the ordering can change in real environments. No design is proposed──how much anode to place where is not the subject. No comparison with coatings──which method of protection is better is not the subject. Relation to earlier papers: Paper 439 showed that judder comes from the gap rather than the size of the friction──there too a difference was what acted; here it is a difference of potential. Paper 300 showed that common root and distinct root can be decided──“protecting by covering” and “protecting by dissolving first” are distinct roots by that criterion. Paper 437 showed that each choosing best lands both on the worst──there the pair had to be looked at; here the direction is only fixed once two metals are paired. Paper 419 showed that the same material differs in strength by orientation──here too, a quantity undetermined alone is fixed by the pairing. What is added is tabulating the potentials of four metals, giving the sign of the difference for three pairings, placing the copper case as the other side of the boundary, deriving the consumption of the protector from Faraday’s law, confirming by inversion that the ratio equals the ratio of atomic masses, and placing the separator at “covering or baser”. First, attaching zinc to iron gives a difference of +0.32 V and the iron is protected (Section 2). Second, this is the core of the paper. Attaching copper gives -0.78 V and the iron dissolves faster than with nothing attached (Section 2). Third, magnesium gives +1.93 V, six times the figure for zinc (Section 2). Fourth, the protector is consumed: zinc loses 10.6920 kg per ampere-year (Section 3). Fifth, magnesium loses 3.9747 kg, and the ratio equals the ratio of atomic masses, 2.689981 (Section 3). Sixth, the separator is whether it covers or whether it is the baser potential (Section 4). Protecting a metal is thought to mean covering it──paint it, plate it, wrap it──but a covering always gets scratched and rust starts there, so shutting out alone ends the moment a scratch appears. The other way is to attach something that dissolves first──joining zinc to iron gives a difference of +0.32 V and the iron is protected; magnesium gives +1.93 V, six times as much. This is not a covering, so the iron is protected even where its surface is exposed──which is why it keeps working after a scratch. But attaching the wrong metal reverses the sign──joining copper gives -0.78 V and the iron dissolves faster than with nothing attached. Both are sturdy metals, so looking at either alone gives no warning: a copper fitting on an iron pipe concentrates the attack on the iron. And the protector is always consumed──by Faraday’s law, one ampere over one year takes 10.6920 kg of zinc or 3.9747 kg of magnesium. The ratio is 2.689981, matching the ratio of atomic masses 65.380/24.305 to six decimal places, with the valence absent because it is the same for both. Ten kilograms is not small: to protect is to hand over material. One thing separates them──does it cover, or is it the baser potential. A covering protects by closing a surface, so a hole concentrates the attack and the smaller the area the higher the current density, making it worse than before. A sacrifice protects by lowering the potential and does not require the surface to be continuous. They are distinct roots by the criterion of Paper 300, one geometric and one electrochemical. Galvanising does both at once, which is why a scratch does not immediately rust──two mechanisms overlapping, not one. And there is no sacrificial anode that does not shrink: if it does not, no current is flowing, which is the same as not working. To be honest──a potential difference does not fix a current. Electrolyte conductivity, area ratios and polarisation all act, and only the relation between direction and consumption is treated here. One last thing──standard electrode potentials hold under particular conditions and the ordering can change in real environments. What does not change is that the direction is only fixed once two metals are paired. On the making of this work: The ideas and content of this work stem from the author's own considerations. Assistance from an AI (a large language model) was used for structuring, English translation, and checking the algebra. Any remaining errors or misinterpretations are solely the author's. Feedback and corrections are sincerely appreciated. Keywords: sacrificial anode, cathodic protection, galvanic corrosion, standard electrode potential. ----- 金属を守るには、覆えばよいと思われている。本稿が示すのは、覆うのではなく、先に溶けるものを付けるという守り方があることである──そして、付ける金属を間違えると、符号ごと逆を向く。新しい定理も法則も主張しない。 本稿の射程(射程注記):新しい定理も法則も主張しない──標準電極電位、ガルバニ腐食、犠牲陽極、ファラデーの法則はすべて既知である。電気化学を導出しない──電位の起源やネルンストの式は既知として使う。実際の腐食速度を予測しない──電位差から電流が決まるわけではない。電解質の導電率、面積比、分極が効くが、本稿はそれらを扱わない。電位の値を条件つきで使う──標準電極電位は特定の条件での値であり、実際の環境では順序が変わることもある。設計を提案しない──どれだけの陽極をどこに置くかは主題ではない。塗装や被覆と比べない──どの防食法が優れているかは主題ではない。既刊との関係:論文439 はびくつく原因が摩擦の大きさでなく差であることを示した──そこでも効いていたのは差だった。ここでは電位の差である。論文300 は同根か別根かが判定できることを示した──「覆って守る」と「先に溶けて守る」は、その基準で別根である。論文437 は各自の最善が全体の最悪になることを示した──そこでは全体を見る必要があった。ここでは組にして初めて向きが決まる。論文419 は同じ材料でも向きで強度が変わることを示した──ここでも、単体では決まらない量が組で決まる。加えたのは、四つの金属の電位を並べたこと、三つの組み合わせで差の符号を出したこと、銅を付けると符号が反転することを境目の反対側に置いたこと、守る側の消耗量をファラデーの法則から出したこと、消耗比が原子量比と一致することを逆算で確かめたこと、分離子を「覆うか、卑か」に置いたことである。 第一に、鉄に亜鉛を付けると電位差は +0.32 V で、鉄が守られる(第2節)。 第二に、これが本稿の芯である。鉄に銅を付けると電位差は -0.78 V になり、鉄は付けないときより早く溶ける(第2節)。 第三に、マグネシウムなら差は +1.93 V で、亜鉛の 6 倍である(第2節)。 第四に、守る側は消える。亜鉛は 1 アンペア年あたり 10.6920 kg 減る(第3節)。 第五に、マグネシウムは 3.9747 kg で、比は原子量の比 2.689981 と一致する(第3節)。 第六に、分離子は「覆っているか、電位が卑か」である(第4節)。 金属を守るには覆えばよいと思われている──塗る、めっきする、包む。水と空気を遮る発想である。だが覆いには必ず傷が付き、そこから錆びるので、遮るだけでは傷が入った瞬間に終わる。もう一つの守り方は、先に溶けるものを付けることである──鉄に亜鉛をつなぐと電位差は +0.32 V で鉄が守られ、マグネシウムなら +1.93 V と亜鉛の 6 倍になる。これは覆いではないので、鉄の表面が露出していても守られる──傷が入っても効き続けるのは、そのためである。ただし、付ける金属を間違えると符号ごと逆を向く──鉄に銅をつなぐと差は -0.78 V になり、鉄は付けないときより早く溶ける。どちらも丈夫な金属なので、単体の性質を見ていては予想できない。鉄の配管に銅の継手を使うと、鉄の側が集中して溶ける。そして守る側は必ず消える──ファラデーの法則から、1 アンペアを一年流すと亜鉛は 10.6920 kg、マグネシウムは 3.9747 kg 減る。比は 2.689981 で、原子量の比 65.380/24.305 と小数第六位まで一致する──価数が同じなので、比に価数は現れない。10 kg は小さくない。守るとは、材料を差し出すことである。分けているものは一つ──覆っているか、電位が卑か。覆いは面を閉じることで守るので、穴が開けばそこだけ集中して腐食し、面積が小さいほど電流密度が上がってかえって速く進む。犠牲は電位を下げることで守るので、面の連続性を要求しない。論文300 の基準で別根であり、一方は幾何の性質、一方は電気化学の性質である。亜鉛めっきは二つを同時にやっており、覆いでもあり犠牲でもある──傷が入っても急に錆びないのは、二つの機構が重なっているからで、一つではない。そして減らない犠牲陽極は無い。減らなければ電流が流れておらず、効いていないことと同じである。正直に言えば──電位差から電流は決まらない。電解質の導電率、面積の比、分極が効く。本稿は向きと消耗の関係だけを扱い、速さは扱っていない。最後に一つ──標準電極電位は特定の条件での値で、実際の環境では順序が変わることもある。動かないのは、組にして初めて向きが決まるという点である。 作成にあたって:本稿の着想と内容は、著者自身の考察に基づくものです。文章の構成整理や英訳、数式の確認には AI(大規模言語モデル)の助力を得ました。最終的な内容の解釈や誤りがあれば、それらはすべて著者の責に帰します。お気づきの点があれば、ご教示いただければ幸いです。 キーワード:犠牲陽極、電気防食、ガルバニ腐食、標準電極電位。