2004年10月14日(木) 04ko2-25 アルミニウム・亜鉛とその化合物

 アルミニウムや亜鉛は両性元素であり,他にスズと鉛も両性元素です。しかし,両性元素については,教科書によって定義が異なっていますから,注意が必要です。
 両性化合物をつくる元素(啓林館)
 酸の水溶液とも強塩基の水溶液とも反応して,それぞれ塩をつくるような元素(数研)
 アルミニウムは両性元素であり,単体は酸にも強塩基にも溶けて水素を発生する。(三省堂)
 単体や化合物が,酸ともアルカリとも反応するような元素(第一学習社)
 酸とも強塩基とも反応する元素(実教出版)
 東京書籍には定義はありません。
 どの社も,微妙に意味が違っていますね。
 とりあえず,アルミニウム,亜鉛,スズ,鉛は両性元素といわれており,両性元素の酸化物は両性酸化物,両性元素の水酸化物は両性水酸化物であるとしておきましょう。ちなみに,両性酸化物は,塩基としても酸としてもはたらく酸化物であり,両性水酸化物は,塩基としても酸としてもはたらく水酸化物という意味です。
 今日の学習内容は,次の通りです。
(1) アルミニウムの単体
(2) アルミニウムの化合物
(3) 亜鉛の単体
(4) 亜鉛の化合物
 1807年イギリスのデービーは,ミョウバンからアルミニウムの酸化物を単離しました。ちなみに,ミョウバンとは硫酸カリウムアルミニウム十二水和物AlK(SO)・12HOです。
 アルミニウムの単体は,ボーキサイト(主成分Al・nHO)を原料にして,酸化物の融解塩電解でつくられています。
 アルミニウムの代表的な合金にジュラルミンがありますね。これはAlにCu4%,Mn0.5%,Mg0.5%加えたもので,軽くて堅く,加工が容易なため航空機などによく使われています。
           

17 アルミニウム・亜鉛とその化合物

(1)アルミニウムの単体
   Al aluminium → alumen (ラテン語のミョウバン)
   価電子が3個 → 3価の陽イオン
   両性元素
   酸,強塩基と反応
   2Al + 6HCl → 2AlCl + 3H
   2Al + 2NaOH + 6HO → 2Na[Al(OH)] + 3H
                       テトラヒドロキソアルミン酸ナトリウム
   濃硝酸とは反応しない→不動態 他にFe,Niなど
 酸化物は,酸・塩基との反応の違いから,塩基性酸化物,酸性酸化物,両性酸化物に分類できます。
 塩基性酸化物は金属元素の酸化物で,水溶液は塩基性で,酸と反応します。主なものは,NaO,CaO,CuOなどです。
 酸性酸化物は非金属の酸化物で,水溶液は酸性,塩基と反応します。主なものは,CO,NO,SOです。
 両性酸化物は両性元素の酸化物です。酸とも塩基とも反応します。主なものは,Al,ZnO,SnOです。
 また,酸とも塩基とも反応する水酸化物を両性水酸化物といいます。

(2)アルミニウムの化合物
  <両性酸化物>
   塩基として,また酸としてもはたらく酸化物
   Al + 6HCl → 2AlCl + 3H
   Al + 2NaOH + 3HO → 2Na[Al(OH)

  <両性水酸化物>
   塩基として,また酸としてもはたらく水酸化物
   Al(OH) + 3HCl → AlCl + 3H
   Al(OH) + NaOH → Na[Al(OH)
 1746年ドイツのマルクグラフは閃亜鉛鉱ZnSから亜鉛の単体を得る方法を見いだしました。
 黄銅をしていますか。強くて加工が容易なため,装飾品や加工材料に使われています。黄銅は,銅と亜鉛の合金です。ブラスバンドのブラスとは真鍮の意味です。
         
 トタンは誰でも知っていますね。鋼板に亜鉛のめっきをしたものです。トタン板では,板に傷が付いても,イオン化傾向の大きい亜鉛が鉄よりも先に酸化されるので,亜鉛が溶けて鋼板の腐食を防ぐのです。

(3)亜鉛の単体

   Zn zinc ← ラテン語の白い鉱床
   価電子が2個 → 2価の陽イオン
   両性元素
   Zn + 2HCl → ZnCl + H
   Zn + 2NaOH + 2HO → Na[Zn(OH)] + H
                       テトラヒドロキソ亜鉛(II)酸ナトリウム
 亜鉛の酸化物は両性酸化物です。酸化亜鉛は,白色粉末で,顔料として塗料や絵の具の原料になっています。また,亜鉛の水酸化物は両性水酸化物です。
    

(4)亜鉛の化合物
  <両性酸化物>
   ZnO + 2HCl → ZnCl + H
   ZnO + 2NaOH + HO → Na[Zn(OH)

  <両性水酸化物>
   Zn(OH) + 2HCl → ZnCl + 2H
   Zn(OH) + 2NaOH → Na[Zn(OH)


  <アンモニア水との反応>
  少量;Zn2+ + 2OH → Zn(OH)
  多量;Zn(OH)2 + 4NH → [Zn(NH](OH)
                       テトラアンミン亜鉛(II)水酸化物
 スズと鉛も両性元素です。
 鋼板にスズでめっきをしたものをブリキといいます。オズの魔法使いにブリキの人形が登場しますが,ブリキ君は鉄とスズからできているのです。ブリキ君の表面に傷が付くと,内部の鋼板が先に酸化されます。
 青銅は銅とスズの合金です。腐食しにくいため,銅像や貨幣などに使われます。
              
 はんだは鉛とスズの合金です。融点が低いため,いわゆるはんだ付けに利用されています。
 鉛の化合物は,硝酸鉛(II)Pb(NO)や酢酸鉛(II)Pb(CHCOO)以外は水に溶けにくいことを覚えておいて下さい。
 日本の硬貨は,何からできているか知っていますか。1円硬貨はアルミニウムでできていることは知っていますね。100%アルミニウムで,質量は1.00gです。5円硬貨は黄銅です。銅が60%,亜鉛が40%で,質量は3.75gです。10円硬貨は銅が95%,亜鉛が4%,スズが1%です。銅以外が両性元素であるとはおもしろいですね。
             
 それでは,今日の学習内容の確認です。
1.アルミニウムが塩酸や水酸化ナトリウムと反応すると,それぞれ水素以外に何ができますか?→塩化アルミニウムAlClとテトラヒドロキソアルミン酸ナトリウムNa[Al(OH)
2.アルミニウムイオンを含む水溶液に塩基を加えると,何が沈殿しますか?→水酸化アルミニウムAl(OH)
3.2の沈殿物に水酸化ナトリウム水溶液を加えると,何ができますか?→テトラヒドロキソアルミン酸ナトリウムNa[Al(OH)
4.亜鉛が塩酸や水酸化ナトリウム水溶液と反応すると,それぞれ水素以外に何ができますか?→塩化亜鉛ZnClとテトラヒドロキソ亜鉛(II)酸ナトリウムNa[Zn(OH)
5.亜鉛イオンを含む水溶液に塩基を加えると,何が沈殿しますか?→水酸化亜鉛Zn(OH)
6.5の沈殿物に水酸化ナトリウム水溶液を加えると,何ができますか?→テトラヒドロキソ亜鉛(II)酸ナトリウムNa[Zn(OH)
7.水酸化亜鉛にアンモニア水を加えると,何ができますか?→テトラアンミン亜鉛(II)水酸化物[Zn(NH](OH)