酸化銅の還元実験は、中学や高校の教科書にも載っていて、非常に有名な実験です。ですが、そのメカニズムについてや複数の実験方法があることは、詳しく説明されていない教科書や参考書も多い。今回は、そのような部分についても、詳しく解説をします。ぜひ、この機会に酸化銅の還元について理解を深めてくれ。
化学に詳しいライター通りすがりのぺんぎん船長と一緒に解説していきます。
ライター／通りすがりのペンギン船長
現役理系大学生。環境工学、エネルギー工学を専攻している。これらの学問への興味は人一倍強い。資源材料学、環境化学工学、バイオマスエネルギーなども勉強中。
酸化銅の還元について学ぶ前に
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酸化銅の還元について詳しく学ぶ前に、銅と酸化銅について簡単に復習しておきましょう。ここでは、銅および酸化銅の化学的な性質や特徴、両者の違いについて確認します。酸化銅の還元について、本質な理解をするためには、これらの知識は必要不可欠となりますよ。
理論の説明だけで理解しずらい部分は、具体的な例なども交えながら解説を進めます。ぜひ、理論だけでなく、具体例も頭に入れてみてください。それでは、銅および酸化銅についての説明をはじめます。
銅とは？
銅は単体の金属で、電線や配管の材料となるような物質です。また、500円玉、100円玉、50円玉、10円玉、5円玉の材料にも、銅が含まれています。このように、銅は身近なところで、活躍しているのです。銅には、金属光沢、電気伝導性、熱伝導性、展性、延性といった性質があります。
金属光沢は、銅の表面が輝く現象のことをさしています。また、電気伝導性は電気をよく通す性質のことをさし、熱伝導性は熱をよく伝える性質のことをさします。展性および延性は銅を叩いたり、引っ張ったりしたときに、銅が変形することを意味します。
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酸化銅とは？
銅の粉末を、ガスバーナーなどで高温になるまで加熱すると、真っ黒な固体に変化します。この真っ黒な固体が、酸化銅なのです。銅が熱されることで、空気中に存在する酸素と結合し、酸化物である酸化銅となります。
酸化銅は、銅がもっていた金属光沢、電気伝導性、熱伝導性、展性、延性といった性質をすべて失っています。つまり、酸化銅は表面が輝いておらず、電気や熱を伝えずらくなってしまうのですね。そして、展性や延性が失われることで、酸化銅はもろくなってしまいます。
酸化銅の還元実験について学ぼう！
それでは、酸化銅の還元実験について詳しく学んでいきます。端的に表現すると、酸化銅の還元とは、酸化銅を銅に戻す反応のことです。酸化銅を還元する方法はいくつか存在しますが、ここでは、代表的なものを3つ紹介します。
実験装置についてや化学変化の様子などに注目して、3つの酸化銅の還元方法について学んでみてください。これらの実験について理解が深まれば、酸化銅の還元についての知識がしっかりと身に付きますよ。
炭素を用いる実験
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はじめに、炭素を用いて酸化銅を還元する方法を紹介しますね。試験管の中に、酸化銅と粉末状の炭素を入れて、ガスバーナーなどで加熱します。このようにすると、試験管の中に金属光沢をもつ銅が生じます。酸化銅に含まれていた酸素が炭素によって、取り去られて、銅が試験管の中に残ったのですね。このように、何らかの物質を用いて酸化物から酸素を取り去ることで、還元反応を進行させるのです。
炭素が酸化銅から酸素を取り去るとき、炭素と酸素は結合し、二酸化炭素になります。そのため、試験管内から出てくる気体を導管に通して石灰水に送り込むと、石灰水は白く濁るのです。発生した二酸化炭素は、空気中に放出されるので、試験管内に存在する物質の質量は減少します。
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