UA-119493607-1 亜鉛メッキと合金(黄銅)の生成 | らくらく理科教室
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いったん溶け出した亜鉛が銅板上で半電池反応により還元されてメッキ層をつくります。さらに、亜鉛メッキした銅板をそのまま火であぶることで、表面に合金の黄銅ができるというもの。

鍍金(メッキ)とは、要は金属外部に被膜をつくることで内部の金属の腐食を防ぐ手法です。この実験の場合は、銅に亜鉛がメッキされていますが、イオン化しやすい亜鉛をあえて外部にさらして被膜とします。銅は、わりと水分や空気中の酸素、二酸化炭素に触れても反応は緩やかですが、表面の亜鉛が優先的に酸化することで、より内部の銅が保護されやすくなるのです。

この実験では、亜鉛を銅板表面に還元析出(銀色)させる化学変化と、加熱溶融による合金(金色)の生成を観察します。本物の金や銀が生成するわけではありませんが、メダルカラーの金銀ともとの銅板を並べると壮観です。


実験プリント版

「実験タイトル」メダル(金・銀)色のメッキ

「サブタイトル」目立つメダル

「学習項目」酸化還元反応 錯イオン 金属光沢 合金

「準備物」「操作手順」WEB非公開

「注意事項」

  1. 作業中に水酸化ナトリウムがはねることがある。防護メガネ必須で、決して裸眼では作業しないこと。
  2. 火であぶる際は、焼きすぎないようにし、加熱直後の金属片はかなり熱いので火傷に注意する。
  3. 残った亜鉛粉末を紙ゴミと一緒に捨てると、発火しやすく、大変危険である。水の入ったビンに貯めておき、まとまった量になってから処分する。

「動 画」残存物の亜鉛粉末の処理注意!

廃棄物の処理に注意が必要です:実験後に残った亜鉛粉末を紙にくるんで放置しておくと、10分程度で着火することがあります。アルカリとの反応で表面の酸化物が溶け去り、反応性が高くなるものと考えられます。この動画では、紙がぬれていても着火しています。ゴミ箱に捨てると短時間で燃え上がることもあり、極めて危険です。金属製の器に入れて完全に酸化させるなどして処理してください。なお、すでに事故報告がされているケースもあり、慎重な取り扱いが必要です。

「注意事項」

  1. 作業中に水酸化ナトリウムがはねることがある。防護メガネ必須で、決して裸眼では作業しないこと。
  2. 火であぶる際は、焼きすぎないようにし、加熱直後の金属片はかなり熱いので火傷に注意する。
  3. 残った亜鉛粉末を紙ゴミと一緒に捨てると、発火しやすく、大変危険である。水の入ったビンに貯めておき、まとまった量になってから処分する。

「解 説」

1.一度溶けた亜鉛が還元されて析出する:両性元素である亜鉛は、塩基である水酸化ナトリウムと反応して酸化され、テトラヒドロキソ亜鉛(Ⅱ)酸イオン [Zn(OH)4]2- を形成します。(①)。同時に、水が還元(②)されて水素が発生しますが、この反応は、強塩基性下であり、水素過電圧が大きいことによりかなり抑えられます。しかし、銅の投入により、未反応の亜鉛と接触することで局部電池が構成されます。。銅板側に電子が供給されるので、水溶液中に存在するテトラヒドロキソ亜鉛(Ⅱ)酸イオン[Zn(OH)4]2-は還元され、そのまま銅板上に亜鉛メッキ層ができる(①の逆反応)というものです。亜鉛と銅のイオン化傾向を比較して、亜鉛が析出することを不思議がる向きがありますが、銅は単に電子の受け渡しの役割を果たしているだけです。

①  Zn + 4OH → [Zn(OH)4]2- + 2e
② 2H2O + 2e  → H2 + 2OH

2.まるで錬金術のよう:銅の表面に析出した亜鉛は銀色に輝き美しい金属光沢を放ちます。亜鉛の融点は約420℃、銅は1083℃と高いのですが、亜鉛のメッキができたところを加熱すると、溶けた亜鉛に固体の銅板の表面の一部が溶け込んで合金ができると考えられています。亜鉛と銅が溶融してできる合金は、黄銅または真鍮(しんちゅう)として古くから知られ、黄金色をしているので、様々な装飾品に用いられてきました。黄銅は、英語でbrassですが、吹奏楽がブラスバンドと呼ばれるのは、使用される金管楽器の素材が黄銅であったことに由来するものです。また、特に金色の光沢を放つので、この実験自体がまるで錬金術のような趣があって…

…省略…


◇このブログで発信する情報は、取扱いに注意を要する内容を含んでおり、実験材料・操作、解説の一部を非公開にしてあります。操作に一定のスキル・環境を要しますので、記事や映像を見ただけで実験を行うことは絶対にしないで下さい。詳細は、次の3書(管理者の単著作物)でも扱っているものがありますので参考になさってください。

  


コメント一覧

返信2020年6月9日 3:58 PM

基礎化学・(Ⅰ):6/9(火)遠隔授業;授業NOTE_p15-16の内容 | らくらく理科教室23/

[…] 鍍金(メッキ)とはどのような手法か、50字以内で説明しなさい。 参考記事 → メダル色のメッキ […]

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