２００４年１０月１４日（木）　04ko2-26　I 実験２３−アルミニウムと亜鉛

今日は，アルミニウムと亜鉛の実験です。アルミニウムは１３族，亜鉛は１２族で，ともに周期表の中央付近に位置します。また，アルミニウムと亜鉛は，ともに両性元素とよばれています。両性元素とはどのような性質の元素でしょうか。実験を通して調べましょう。この実験では，比較のためにマグネシウムも使います。 　小学校のとき，アルミニウムは塩酸にも溶けるし，水酸化ナトリウム水溶液にも溶けることを学んでいますが，きっと覚えていないでしょうね。じつは，アルミニウムはとても難しい金属なのです。また，亜鉛も，塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の両方と反応します。しかし，マグネシウムは水酸化ナトリウム水溶液と反応しません。 　すなわち，酸とも塩基とも反応するのが，アルミニウムと亜鉛の特徴なのです。

実験２３　アルミニウムと亜鉛 ＜アルミニウム，亜鉛，マグネシウムの性質＞ １．塩酸，水酸化ナトリウム水溶液を各２ｍｌ ずつ入れた２本の試験管を３組用意する。それぞれにアルミニウム，亜鉛，マグネシウムの３種類の金属片を１〜２枚入れる。水酸化ナトリウム水溶液については，少し加熱する。気体の発生がみられたらキャップをして気体を集め，マッチで点火する。 塩酸　　　　　　　 水酸化ナトリウム アルミニウムＡｌ 亜鉛Ｚｎ マグネシウムＭｇ

実験の結果を確認しましょう。 　アルミニウムと亜鉛は，酸とも反応するし，塩基とも反応します。しかし，マグネシウムは酸と反応するだけですね。アルミニウムが塩基と反応してできたイオンを，テトラヒドロキソアルミン酸イオン［Ａｌ（ＯＨ）４］＋といいます。亜鉛が塩基と反応してできたイオンを，テトラヒドロキソ亜鉛(�U)酸イオン［Ｚｎ（ＯＨ）４］２＋といいます。 塩酸 水酸化ナトリウム アルミニウムＡｌ 水素が発生 水素が発生 亜鉛Ｚｎ 水素が発生 水素が発生（加熱を要する） マグネシウムＭｇ 水素が発生 変化なし 　次に，アルミニウムイオンと亜鉛イオンについて調べてみましょう。試薬として，塩化アルミニウム水溶液，塩化亜鉛水溶液を使います。

＜アルミニウムイオン，亜鉛イオンの性質＞ ２−１　２本の試験管に，塩化アルミニウム水溶液と塩化亜鉛水溶液を各４ｍｌ ずつとり，水酸化ナトリウム水溶液を２滴加えてよく振り，変化を観察する。 水酸化ナトリウムＮａＯＨ水溶液２滴（少量） アルミニウムイオンＡｌ３＋ 亜鉛イオンＺｎ２＋ ２−２　２−１の各試験管の内容物の半分を，それぞれ別の試験管にとる。一方の試験管には水酸化ナトリウム水溶液を，他方の試験管には塩酸を１滴ずつ加えて，その都度よく振り，変化を観察する。（各溶液とも１０滴程度で止める。） 沈殿 水酸化ナトリウムＮａＯＨ 塩酸ＨＣｌ アルミニウムイオンから生じた沈殿（　　　） 亜鉛イオンから生じた沈殿（　　　） ２−３　試験管に塩化アルミニウム水溶液と塩化亜鉛水溶液を各２ｍｌ ずつとり，アンモニア水を１滴ずつ加えてよく振り，変化を観察する。沈殿を確認した後，さらにアンモニア水を１５滴程度加える。 アンモニアＮＨ３水１滴（少量） アンモニアＮＨ３水１５滴（多量） アルミニウムイオンＡｌ３＋ 亜鉛イオンＺｎ２＋

実験の結果を確認しましょう。 　塩化アルミニウム水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を２滴加えると，水酸化アルミニウムの沈殿がみられます。しかし，さらに水酸化ナトリウム水溶液を加えていくと，沈殿が消えます。テトラヒドロキソアルミン酸イオンができているからです。また，水酸化アルミニウムに塩酸を加えていくと，アルミニウムイオンになるため，沈殿が消えます。 　テトラｔｅｔｒａとはギリシャ語の数詞で４を意味します。錯陰イオンでは，元素名の語尾に「〜酸」をつけます。ヒドロキソとはＯＨ−のことです。 　塩化亜鉛も同様です。水酸化ナトリウム水溶液を２滴加えると，水酸化亜鉛の沈殿がみられます。しかし，さらに水酸化ナトリウム水溶液を加えていくと，テトラヒドロキソ亜鉛(ＩＩ)酸イオンになって，沈殿が消えます。また，水酸化亜鉛に塩酸を加えていくと，亜鉛イオになるため，沈殿が消えます。 沈殿 水酸化ナトリウムＮａＯＨ 塩酸ＨＣｌ アルミニウムイオンから生じた沈殿Ａｌ（ＯＨ）３ 沈殿が消える 沈殿が消える 亜鉛イオンから生じた沈殿Ｚｎ（ＯＨ）２ 沈殿が消える 沈殿が消える 　アンモニアは弱い塩基ですが，水溶液中で水と反応して水酸化物イオンを生じます。 　ＮＨ３　＋　Ｈ２Ｏ　→　ＮＨ４＋　＋　ＯＨ− 　したがって，塩化アルミニウム水溶液や塩化亜鉛水溶液にアンモニア水を加えると，ともに水酸化物の沈殿が生じます。ところが，さらにアンモニア水を加えると，水酸化亜鉛だけが変化をします。水酸化亜鉛は，テトラアンミン亜鉛(ＩＩ)イオンとなって溶けます。これが，アルミニウムと亜鉛の違いです。アンミンとはＮＨ３のことです。 アンモニアＮＨ３水１滴（少量） アンモニアＮＨ３水１５滴（多量） アルミニウムイオンＡｌ３＋ 白濁 白濁のまま 亜鉛イオンＺｎ２＋ 白濁 沈殿が溶ける 　それでは考察です。

１．塩酸と金属の反応は， 　２Ａｌ　＋　６ＨＣｌ　→　２ＡｌＣｌ３　＋　３Ｈ２ 　Ｚｎ　＋　２ＨＣｌ　→　ＺｎＣｌ２　＋　Ｈ２ 　Ｍｇ　＋　２ＨＣｌ　→　ＭｇＣｌ２　＋　Ｈ２ ２．水酸化ナトリウムと金属の反応は， 　２Ａｌ　＋　２ＮａＯＨ　＋　６Ｈ２Ｏ　→　２Ｎａ［Ａｌ（ＯＨ）４］　＋　３Ｈ２ 　Ｚｎ　＋　２ＮａＯＨ　＋　２Ｈ２Ｏ　→　Ｎａ２［Ｚｎ（ＯＨ）４］　＋　Ｈ２ 　ＭｇはＮａＯＨとは反応しない ３．アルミニウムイオン，亜鉛イオンと少量の水酸化ナトリウム水溶液の反応は， 　Ａｌ３＋　＋　ＯＨ−　→　　Ａｌ(ＯＨ)３　 　Ｚｎ２＋　＋　ＯＨ−　→　Ｚｎ(ＯＨ)２　 ４．沈殿と，水酸化ナトリウム水溶液および塩酸の反応は， 　　Ａｌ(ＯＨ)３　＋　ＮａＯＨ　→　Ｎａ［Ａｌ（ＯＨ）４］ 　　Ａｌ(ＯＨ)３　＋　３ＨＣｌ　→　ＡｌＣｌ３　＋　３Ｈ２Ｏ 　　Ｚｎ(ＯＨ)２　＋　２ＮａＯＨ　→　Ｎａ２［Ｚｎ（ＯＨ）４］ 　　Ｚｎ(ＯＨ)２　＋　２ＨＣｌ　→　ＺｎＣｌ２　＋　２Ｈ２Ｏ ５．アルミニウムイオン，亜鉛イオンにアンモニア水を加えたときの変化は， 　少量：　Ａｌ３＋　＋　３ＯＨ−　→　Ａｌ（ＯＨ）３ 　多量：　変化無し 　少量：　Ｚｎ２＋　＋　２ＯＨ−　→　Ｚｎ（ＯＨ）２ 　多量：　Ｚｎ（ＯＨ）２　＋　４ＮＨ３　→　［Ｚｎ（ＮＨ３）４］２＋　＋　２ＯＨ− ６．両性元素は，アルミニウム，亜鉛以外にスズや鉛などがある。

今日の実験のポイントは，次の通りです。 １．アルミニウムや亜鉛は，酸・塩基ともに反応します。 ２．アルミニウムイオンや亜鉛イオンに少量の塩基を加えると，水酸化物の沈殿が生じます。 ３．水酸化アルミニウムや水酸化亜鉛は，両性水酸化物であり，酸とも塩基とも反応します。このとき，水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）３はテトラヒドロキソアルミン酸イオン［Ａｌ（ＯＨ）４］−に，水酸化亜鉛Ｚｎ（ＯＨ）２はテトラヒドロキソ亜鉛（ＩＩ）酸イオン［Ｚｎ（ＯＨ）４］２−になっています。 ４．アルミニウムイオンや亜鉛イオンに少量のアンモニア水を加えると，水酸化物の沈殿が生じます。 ５．水酸化アルミニウムに多量のアンモニア水を加えても，変化が見られません。 ６．水酸化亜鉛に多量のアンモニア水を加えると，テトラアンミン亜鉛（ＩＩ）［Ｚｎ（ＮＨ３）４］２＋となって溶けます。