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……… 第46回関東理科教育研究発表会
１ はじめに
黄銅は真鍮とも呼ばれ、金物や５円硬貨などに広く用いられている合金である。その生成実験は、銅の色 が銀色を経て金色へと大きく変わるため、金属の変化が視覚的にもわかりやすい実験である。
だが、従来の実験手順には、安全面や実験後の廃棄処理などにいくつかの問題点が見られる。そこで、よ り安全に実験を行なえ、かつ廃棄処理についても簡便に行えるよう改良を試みたので、ここに報告する。
２ 従来の実験手順とその問題点
黄銅を生成する実験として広く紹介されているものは、以下のような手順である。 ① 銅板をサンドペーパーなどで磨き、さびや汚れを落とす。
② 蒸発皿に亜鉛（粉末または顆粒状）を入れ、水酸化ナトリウム水溶液を加える。 ③ 溶液が沸騰するまでバーナーで加熱する。沸騰したら弱火にする。
④ 銅板を、加熱を続けている溶液に浸す。銅板を未反応の亜鉛に接触させておくと、粉末を使用したと きは、１分以内に、顆粒状を使用したときは、３～４分たつと、銅板が銀白色になってくる。
⑤ 亜鉛めっきされた銅板を水道水で十分に洗い、水分を取り乾かす。
⑥ 亜鉛めっきされた銅板をバーナーの炎の中に入れゆっくり加熱する。数秒続けると金色になる。
この手順における問題点として、以下のことが考えられる。 （1）濃塩基溶液の煮沸
用いられる水酸化ナトリウムの濃度は、20％あるいは６mol/Lとされており、かなり濃度が高い上に、 この溶液を煮沸する必要がある。安全ゴーグルの着用が必須となるが、それでも煮沸中に溶液が飛散す るため、安全とはいえない。
（2）粉末亜鉛の使用
実験後に、未反応の亜鉛粉末が残る。反応性が高くなっており、ぬれた紙に包んでも着火することが ある。ゴミ箱に捨てると短時間に燃え上がることもあるため、金属製の器などに入れて完全に酸化させ るなどの処理が必要となる。
黄 銅の 生成 実 験の 改良につ いて
前橋市立前橋高等学校
比企 貴
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千葉大会
３ 改良した実験手順とその利点
この実験における亜鉛めっきの反応については、次のように報告されている。（左下図参照） ・亜鉛と水酸化ナトリウムとの反応で、テトラヒドロキソ亜鉛（Ⅱ）酸イオンが生じる。
・銅板と未反応の亜鉛との間で局部電池が構成され、銅板へ移動してきた電子によって、テトラヒドロキ ソ亜鉛（Ⅱ）酸イオンが亜鉛に還元される。
そこで、ほぼ同じ反応が起こるよう、以下のような手順を考案した。（右上図参照） ① 硫酸亜塩水溶液に、水酸化ナトリウム水溶液を白色沈殿が消えるまで加える。
→亜鉛イオンから水酸化亜鉛、さらにテトラヒドロキソ亜鉛（Ⅱ）酸イオンへと変化させる。 ② この溶液に銅板と亜鉛板を入れ、銅板を陰極、亜鉛板を陽極として電気分解を行なう。 →電気分解によって、銅板が亜鉛めっきされる。
③ 亜鉛めっきされた銅板を水洗して乾かし、バーナーの炎で加熱すれば、黄銅が生成される。 →従来の実験と同様。
この手順における利点として、以下のことが挙げられる。 （1）溶液を煮沸する必要がない。
２種の溶液を混合するだけでテトラヒドロキソ亜鉛（Ⅱ）酸イオンを得られるため、濃塩基溶液を煮 沸しなくて良い。これにより、安全性をかなり高めることができる。
（2）粉末亜鉛を用いる必要がない。
粉末亜鉛を用いずに、亜鉛化合物の水溶液から亜鉛イオンを得ている。このため、前述したような粉 末亜鉛の廃棄処理は不必要である。また、残った溶液の処理についても、酸によって中和して水酸化亜 鉛を沈殿させた後、ろ過すれば良いので、廃棄処理が簡便となる。
（3）実験時間が短縮される。
従来の実験では、溶液の煮沸及び亜鉛めっきさせるために10分程度を要するが、電気分解によるめっ きでは数秒しかかからない。これにより、実験時間が大幅に短縮される。
４ 終わりに
黄銅の生成実験の改良案としては、塩基の代わりに酸を用いるものなどが既に紹介されているが、従来の 実験とは異なる反応が起こる。そこで本報告では、従来の実験で起こる反応をできるだけ踏襲した形での改 良を試みた。その結果、安全面や廃棄処理の簡便化に加え、時間の短縮にもつながり、手軽に行える実験と して改良できたと考えている。今後も、様々な実験について考案・改良を行っていきたい。
参考文献
１．中澤克行，黄銅をつくってみよう, http://www.eonet.ne.jp/~nakacchi/Brass.htm ２．山田暢司，目立つメダル, http://rakuchem.com/medal.html
３．左巻健男編，楽しくわかる化学実験辞典，東京書籍 (1996)，p.264 ～ 265，平林輝一，“金・銀・銅”
