金属のイオン化傾向

電解質溶液(塩化カリウム)中での金属間の電圧を計測することで、各金属のおおよそのイオン化傾向の比較をすることができます。炭素棒を水素極として、金・銅・スズ・鉄・亜鉛・アルミニウム・マグネシウムを用いています。

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実験NOTE＿No.13

「表　題」銀樹生成の観察と水溶液中の金属間の電圧測定

「目　的」硝酸銀水溶液に銅板を浸して起こる変化と、水溶液中に置いた数種の金属間の電圧測定により金属間のイオン化傾向を比較する。

「実験理論」

• 銀樹の生成：硝酸銀水溶液に存在する銀イオンが銅から電子を受け取ることで、銅板上に単体銀となって析出が起こる。一方、銅は電子を失い酸化されることで、水溶液中に銅(Ⅱ)イオンとなって溶解する。

2Ag⁺ + Cu　→　2[Ag ] + [Cu²⁺ ]

(銀析出)

実際には銅(Ⅰ)が生成するなど複雑な変化が起こるが、酸化還元反応が同時に起こっていることがわかる変化である。

• 標準電極電位：[半 ]電池反応に関与する物質が、25℃ 1気圧においてその単極が標準水素電極に対して示す電極電位。銀と銅の場合は、次の電極反応で表すことができる。

Ag⁺ + e^– = Ag + 0.799V＿①E_Ag

Cu²⁺ + 2e^– = Cu + 0.340V＿②E_Cu

①E_Agと②E_Cuの比較で、銀イオンの方が単体に還元される電位がより[大き ]いことがわかる。

E= E_Ag – E_Cu = [+ 0.459　]V

この数値+0.459Vを、二種類の金属間で構成される電池の[起 ]電力とみなすこともできる。電池式は…

(-)Ag｜Ag⁺｜Cu²⁺｜Cu(+)

• 標準水素電極：1気圧の水素ガスと平衡にある活量1の水素イオン水溶液に浸された[白金 ]板で、その標準電極電位が他の電極電位を測定する基準に設定され、0Vの値が与えられている。

2H⁺ + 2e^– = H₂  + [0.0 ]V＿ 基準

• イオン化傾向：金属によって陽イオンへのなりやすさが異なる。単体の金属原子が水溶液中で電子を放出して陽イオンになる性質を金属のイオン化傾向という。いくつかの金属板間で電圧を計測することで、おおまかなイオン化傾向の差を確認することができる。金属間でイオン化傾向を相対的に並べたものがイオン[化列　]である。

 [Li　]＞K＞Ca＞Na＞Mg＞Al＞Zn＞[Fe　]＞Ni＞Sn＞Pb＞([H₂　])＞[Cu　]＞Hg＞Ag＞Pt＞[Au　]

「準　備」「操　作」web非公開

「工夫と注意・片付けなど」

• 電圧計のスケールはその使い方を理解してから計測を開始する。
• リード線の先端は軽く洗浄して返却する。
• 金属板は金属ゴミとして廃棄する。

「観察・結果」

• 実験A：試験管中の線板や水溶液の変化
• 実験B：シャーレ上に並べた金属の様子と計測方法。

【実験Bの測定結果〔V〕】

一覧表

※炭素極C(H₂)は、直接濡れたろ紙に浸けた状態にする。

「考　察」

2. 実験Aの観察からわかることを図説しなさい。
3. 実験Bについて

• 電極として炭素を用いることの利点
• 実験Bの測定結果のうち、C(H₂)の値をもとに、各金属間の電位差をスケール上に表現しなさい。定規を用いて、C(H₂)をやや右側にして基準値(0.0V)とし、1㎝を2Vくらいにして表現すると描きやすい。

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◇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。