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目次

はじめに

人類がはじめて金を手にしたのは、今から6,000年前だと言われています。そして、今日に至るまで貴金属として愛されてきたのは、その輝きとともに希少性の高さにあります。
その希少性の高さゆえに、いくつかの金属を組み合わせて金を合成する実験が盛んに行われてきました。その中で編み出された黄銅は、日本においては、5円玉硬貨の素材として利用されております。
今回の実験では、銅片に亜鉛めっき施す様子を観察しながら黄銅を作ってみます。
準備物()内は10セットの必要数
プラスチックケース1個(10個)、銅片2枚(20枚)、亜鉛1g(10g)、希塩酸約10ml(100ml)※1、シャーレ1枚(10枚)※1、5%水酸化ナトリウム水溶液約2ml(20ml)、保護めがね最低1個(10個)※2、試験管2本(20本)、試験管立て1台(10台)、ピペット1本(10本)もしくは2本(20本)※1、ピンセット1本(10本)、薬品さじ1本(10本)、蒸発皿2枚(20枚)、キッチンペーパー(紙タオル)1枚(10枚)、軍手1(10)、ゴム手袋1組(10組)、三角架1個(10個)、アルコールランプ1個(10個)、アルコールランプ用スタンド1台(10台)、チャッカマン1個、電子天秤5台ほど
※1:市販の新品の銅片を使用する場合は希塩酸を使用しないので、それに付随してシャーレやピペットが不要になります。以下の内容は、希塩酸を使用しない場合を想定しています。
※2:水酸化ナトリウムを使用する際に、保護めがねは着用します。人数分揃えるのがベストですが、厳しい場合は、グループで1つ揃えます。操作自体はシンプルなので、絶対に必要というわけではありませんが、万が一の時を考えて準備しておきます。(今回の実験で最も避けたいトラブルは、水酸化ナトリウムが目に入ることです。)

事前準備

※水酸化ナトリウムの調整から、実験操作中の注意事項については上の動画を確認してください。

1.生徒用実験道具の準備

プラスチックケースの中に、キッチンペーパー、薬品さじ、ピンセット、蒸発皿2枚、ゴム手袋1組、軍手1つを入れます。
これを1セットとして10セット準備します。

2.約5%の水酸化ナトリウム水溶液を調整します。

顆粒タイプの水酸化ナトリウムは1粒が約0.1gなので、1粒を試験管に入れて、20ml水を加えると約5%になります。
3.残りの試験管は試験管たてに設置して、ピペットを差し込んでおきます。
(希塩酸を使用する場合は、残りの試験管を活用します。)

4.アルコールランプ、スタンド、三角架は、テーブルに並べておきます。

5.電子天秤を教卓に設置して、亜鉛が計量できるようにしておきます。

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実習

0.資料の配布と語句の記入

本時の授業資料を配布して、元素記号と重要語句の確認を行います。
語句の記入が終わった生徒に、水酸化ナトリウムを設置した試験管と銅片2枚を取り来るように指示します。

1.銅片を希塩酸にしばらく浸した後に水洗いする。

シャーレに希塩酸を10mlほど入れて、その中に銅片を入れます。1分ほど浸したら水洗いします。
(市販の銅片を使用する場合は、この工程を省略して次に進みます。)

2.蒸発皿に亜鉛粉末を0.5g入れる。

教卓に準備しておいた、電子天秤を利用して、2枚の蒸発皿の中に亜鉛をそれぞれ0.5g入れます。

3.亜鉛が十分に浸るほど5%水酸化ナトリウム(1ml程度)を加える。

亜鉛を計量したら、蒸発皿の中に水酸化ナトリウムを加えます。水酸化ナトリウムを加えたら、薬品さじで軽くかき混ぜておきます。

4.三角架に蒸発皿を乗せ、アルコールランプで加熱する。

3の工程が終わったグループからアルコールランプに火をつけて加熱します。

5.溶液が沸騰し始めたら、ピンセットを使って銅片を溶液の中に入れる。

溶液が沸騰し始めたら火を止めます。それから、軍手をはめて蒸発皿を取り出します。
取り出した蒸発皿の中に銅片を入れます。
その後、もう1つの蒸発皿を加熱しておきます。

6.銅片をピンセットで取り出して、水洗いし紙タオルで水分を拭き取ります。

この工程で、亜鉛めっきが完了します。2枚の銅片に亜鉛めっきが出来たら、1枚を黄銅の制作に使用します。

7.ピンセットを使って銀色になった銅片を、アルコールランプの炎の中に数回入れる。

亜鉛めっきした銅片の1枚を、ピンセットで摘み、アルコールランプの炎の中に数回入れます。
炎の中に入れすぎると、酸化してしまいまだら模様になってしまうので、数回入れる毎に銅片を確認しながら進めます。

8.金色になった銅片を水洗いして紙タオルで水分をふきとる。

これで黄銅の完成です。
ここまでの工程を全グループが終了したら、次の後片付けに移ります。
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後片付け

1.蒸発皿に入っている溶液は、大きめのビーカーに回収します。

【注意】
亜鉛の粉末をそのままゴミ箱に処分してしまうと、酸化反応を起こした時に発熱し出火することがあります。したがって、別の容器に回収して数日間空気にさらして十分に酸化させた後に処分します。
・蒸発皿に入っている水酸化ナトリウムが手に触れると肌が荒れてしまうので必ずゴム手袋を着用します。
・実験で使用した紙タオルを使用して、溶液に水分を染みこませながら亜鉛の粉末を拭き取り紙ごとビーカーの中に廃棄します。
・最後に蒸発皿は、水でよく洗います。

2.薬品さじとピンセットは水でよくすすぎます。

・連続で授業を実施する場合は、ピペットと試験管に入った水酸化ナトリウムはそのままにしていおきます。
・この後、実験授業を行わない場合は、水酸化ナトリウム水溶液は別の容器にまとめて回収した後に、希塩酸で中和してから処分し、ピペットと試験管、試験管立ては水でよく洗います。

3.4.薬品の処理と洗浄が終了したら、道具はプラスチックケースの中に戻して、テーブルは雑巾で水拭きします。

以上が生徒実験で行う最もシンプルな内容となりますが、銅製のメダルを用いて上記と同様の操作を施すと金色のメダルが出来上がります。
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