第１章２．３節　マクロの世界～元素分析～

「元素」と「単体」

第１章２．１節で、「元素」と「単体」の違いについて紹介した。

もう一度、おさらいしておこう

• 「元素」は、「成分」の意味で用いられる。
• 「単体」は、実際に反応したり、生成した物質の意味で用いられる。

物質には、いろいろな「成分」が含まれている。これを調べるのが「元素分析」である。

つまり、「元素分析」というのは、「元素」＝「成分」を分析することなのである。

元素分析

では、物質にどんな元素が含まれているか、どのような方法があるのだろうか。

よく出てくるのは次の２つ。

1. 炎色反応
2. 沈殿

１．炎色反応

ある金属を含む物質をガスバーナーの外炎に入れると、特有の色が現れる。

＊外炎とは、ガスバーナーなどで火を出すと外側の薄い淡い青色をした部分のことで１５００℃くらいである。それに対して、内炎は、青から青緑の明るい炎で、その表面では1800℃程度の高温になっている部分のことである。内炎の内側は５００℃以下程度の温度となっている。

覚え方は「リアカー無きK村、動力かろうとするもくれない馬力」と、よく言われるが、語呂合わせなので自分が覚えやすい覚え方をするとよいでしょう。

ここで知っておくと便利なのは、銅Cu以外は、すべてアルカリ金属・アルカリ土類金属に分類されるものが、炎色反応を示すことである。

ちなみに、アルカリ金属は「周期表でHを除く１族の金属」のことで、アルカリ土類金属は「周期表でBe、Mgを除く２族の金属」のことである。

例えば、食塩（塩化ナトリウム）を外炎にいれると、ナトリウムが含まれているので、黄色の炎が出る。

この炎色反応を利用したのが、花火である。

２．沈殿

化学反応により、溶液中に不溶性の固体を生成する。

化学反応については、詳しく解説するのはもう少し後に。

1. 塩素原子Clの検出　
   1.  銀Agを含む溶液と混ぜる　→　塩化銀AgClの生成（白色沈殿）
   2. 鉛Pbを含む溶液と混ぜる　→　塩化鉛PbCl₂の生成（白色沈殿）
2. 二酸化炭素の検出　→　石灰水に通す（白色沈殿）→　さらに二酸化炭素を通すと無色透明になる

１については、ClはAgやPbとくっついて白色沈殿を生じることを利用している。

具体的には、

１．１は、Cl^－（塩化物イオン）を含む場合、Ag^＋（銀イオン）を含む溶液と混ぜると、水に溶けにくいAgCl（塩化銀）ができる。

Ag^＋＋Cl^－→AgCl　↓（白色沈殿）

１．２は、Cl^－（塩化物イオン）を含む場合、Pb^2＋（鉛イオン）を含む溶液と混ぜると、水に溶けにくいPbCl₂（塩化鉛）ができる。

Pb^2＋＋２Cl^－→PbCl₂　↓（白色沈殿）

＊↓は沈殿することを表す。

＊Cl^－（沈殿）の沈殿はAg、Pbの２つがよく出てくるので覚えておきたい。

２は、石灰水に二酸化炭素を通すと白く濁る。

この話は、小学生の時に習った人もいるかもしれない。

具体的には、

Ca(OH)₂＋CO₂→CaCO₃　↓（白色沈殿）＋H₂O

白く濁った正体が、炭酸カルシウムCaCO₃で水に溶けにくい。炭酸カルシウムは、大理石やチョーク、鍾乳洞の成分である。

この炭酸カルシウムCaCO₃にさらにCO₂を反応させると、水に溶けるので無色透明になる。

CaCO₃＋H₂O＋CO₂→Ca(HCO₃)₂