ＳｉＯ2とＨ［Ａｌ（ＯＨ）4］の反応を教えて下さい。

質問

２つもあるのですがどうか教えて下さい。

１．空気中でＳｉＯ2とＨＦが反応するときの式は、

　　ＳｉＯ2　＋　４ＨＦ　→　ＳｉＦ4　＋　２Ｈ2Ｏ

と教科書に載っています。酸化数が変わっていないので酸化還元反応じゃないはず。とすると酸塩基反応かと思うのです。でも中和だとするとＳｉＯ2が塩基性酸化物として反応しているということになってしまいます。だとすると

　　ＳｉＯ2　＋　２Ｈ2Ｏ　→　Ｓｉ4+　＋　４ＯＨ-
　　４ＨＦ　　　　　　　　　→　４Ｆ-　＋　４Ｈ+

となり、たすと最初の式が出てきますがＳｉＯ2は両性酸化物ではないはずなのでこの様な反応式の作り方はおかしいですよね。では最初の反応式はどうやって作るのでしょうか？それとも暗記するしかないのでしょうか？

２．バイヤー法はボーキサイトから純粋なＡｌ2Ｏ3を得る方法だと聞いています。まずボーキサイトを濃ＮａＯＨに入れて加熱することでＡｌ2Ｏ3だけを溶かし、その他の不純物を沈殿させるようですが、その反応式はなんとか作れました。そして次に水を加えてＡｌ（ＯＨ）3を沈殿させるようです。この時の反応式に関して質問があるのです。

　　Ｎａ［Ａｌ（ＯＨ）4］　→　ＮａＯＨ　＋　Ａｌ（ＯＨ）3

とあります。いろいろ考えてみましたが、これも酸化数は変わってないので酸化還元反応ではなくて酸塩基反応、中でも追い出し反応なのではないかと思うんです。もし水がＨ［Ａｌ（ＯＨ）4］よりも強い酸として働くなら

　　Ｎａ［Ａｌ（ＯＨ）4］　＋　Ｈ2Ｏ
　　　　　　　　　　↓
　　ＮａＯＨ　＋　Ｈ［Ａｌ（ＯＨ）4］）
　　　　　　　　　　↓
　　ＮａＯＨ　＋　Ａｌ（ＯＨ）3　＋　Ｈ2Ｏ

となる気がするのですがどうですか？アセチレンやアルコールが水よりも弱い酸としての性質を持つということなのでこれもそうなのかな～と思うんです。長々とすみません。よろしくお願いします。

回答No.5

rei00

rei00 です。

　どういうわけか gedo-syosa さんからのお礼のメ－ルが配信されておらず，お返事（？）が遅れてしまいました。今やっと gedo-syosa さんのお礼と une-pyon さんの追加回答の内容を読み終えました。遅くなりましたが，私の意見を補足させていただきます。

> ２ＮａＨＣＯ3 → Ｎａ2ＣＯ3 ＋ Ｈ2Ｏ ＋ ＣＯ2
>
> みたいなのは、酸塩基反応でも酸化還元反応でもない
> ですよね？

　いや，これは酸塩基反応だと思います。お書きの反応を書き直すと，

　　NaHCO3 + NaHCO3 → Na2CO3 + H2CO3
　　　　　　　　　　→ Na2CO3 + H2O + CO2

　どうですか，こう書けばお分かりになるかと思いますが，一方の NaHCO3 が酸であり，他方が塩基になっています。そして，酸塩基反応の結果できた炭酸が水と二酸化炭素に分解しているわけです。

> どうしてＨ－ＯＨとＣ－Ｏ結合ではＨ－ＯＨ結合が
> 切れてしまうのですか？

　『Ｈ－ＯＨとＣ－Ｏ結合』？　何処のことをおっしゃっているのでしょうか？私の回答の『結果として，H－OH の結合が切れ，C=O 二重結合が一重結合に変わり，C－OH 結合と C-O－H 結合が新たにできます。』部分についてでしょうか？

　これは，その前に書いた様に，H－OH の H はδ＋（O はδ－）の状態であり，O=C=O の O はδ－（C はδ＋）の状態だからです。つまり，＋と－は引き付けあって結合ができるわけです。

　もし仮にそのまま結合を作るなら，H2O－C(=O)2 となり，H2O の O は３価，CO2 の C は５価になってしまいます。つまり，O の３つある結合の内どれか一つ，C の５つある結合の内どれか一つを切らないといけません。そこで，H－O の結合と Si=O の二重結合の一つが切れるわけです（そうでないと，反応が起りませんから）。

> ＳｉＯ2 ＋ Ｈ2Ｏ ←→ ２Ｈ+ ＋ ＳｉＯ3 2-
>
> の式からＮａＯＨとの反応式を作るのはやっぱり
> おかしいんですかね？
> それとも、もし水よりも電離定数が大きかったら
> ＯＫなんですか？？

　une_pyon さんの説明がありますが，私の個人的な意見としては，濃 NaOH の存在下で H+ が生じるような反応は考えて欲しくないです（いや，平気でそんな反応を書く学生や大学院生もいるんですが・・・）。もちろん，反応式を考えるだけなら，それでも良いんですが，そうしていると正確な反応の様子（反応機構）が考えられなくなってしまいます。先の回答にも書いた通り，この反応は SiO2 のδ＋の Si が H2O のδ－の O と反応するものです。しかし，NaOH 存在下では，H2O の O よりも反応性の高い－電荷を持った O が OH- として存在します。ですので，こちらとの反応を考えるべきなのです。

> では，なぜNaOHとSiO2が反応するのか？
> 「Si-O結合は，高温のもとではSiがOH-から攻撃を受けて，
> その結果Si-O結合がはずれ，Si-O-Hと組み変わる．

　これ，私が先の回答で言いたかった事です。というか，それを説明したつもりなんですが，上手く伝わっていなかったようですね（反省）。

　簡単に言うと，カルボニル基への求核剤による求核置換と同じです。今の場合は，脱離基が Si=O の２重結合の１つだというだけです（gedo-syosa さん，すみません。話が大学レベルになっています。一応，参考 URL は挙げておきますが，受験前ですから分からなければ無視して下さい。）。あ，une_pyon さんも ANo.#4 で書いてられますね。

> とまあ，有機化合物はどんな置換基がつくかだけで，
> まったく性質が異なることなどショッチュウなので，
> 臨機応変な解釈，幅広い知識が必要になることを
> 覚えておくといいですよ！

　その通りですね。ただし，ある程度は共通の考え方が通用します。それは，問題としている場所の電子密度とその近辺の立体的な状態です。この問題の場合もそうですが，有機化学反応（有機に限る必要もないと思いますが）は＋と－の反応です。つまり，何処が＋で何処が－かを考えれば大抵は片付きます。

　やっぱり長くなってしまいましたね。gedo-syosa さん，受験ガンバって下さい。是非，合格後は回答者に回って下さい。でないと，疲れます・・・（楽しいし，勉強にはなるんですが・・・。だから回答し続けてはいますが）。

参考URL：

http://www.geocities.com/yoshihitoshigihara/h248a.htm

お礼

お礼が遅くなって申し訳ありません。回答して下さっている文章は読んでいたのですが、入試直前だったためお礼を書く時間がなかなかなくて・・・。

＞２ＮａＨＣＯ3　→　Ｎａ2ＣＯ3　＋　Ｈ2Ｏ　＋　ＣＯ2

そういえば確かに酸塩基反応ですね～。よく高校の参考書では、この反応は『熱分解』と言う風に酸塩基反応とは別の分類になっているんですが、

　Ｎａ2ＣＯ3　→　Ｎａ2Ｏ　＋　ＣＯ2

これは酸塩基反応じゃないですよね？参考書には、上の反応と同様の反応、と書いていますけど。

＞『Ｈ－ＯＨとＣ－Ｏ結合』？　何処のことをおっしゃっているのでしょうか？

やっぱりおかしな事を言ってしまってましたか・・・。なんか難しくてあまり理解できてなかったんです。。すみません・・。でも今回の回答で、（ちょっと）理解できたような気がします。どうもありがとうございます。

＞私の個人的な意見としては，・・・こちらとの反応を考えるべきなのです。

難しいですけど、確かにＯＨ-はＨ2Ｏよりも反応しやすそうですね～。じゃあ実際にはＳｉＯ2はＨ2Ｏとはほぼ反応してなくて、いきなりＯＨ-と反応してるってことですよね？？違いますかね？

＞これ，私が先の回答で言いたかった事です。というか，それを説明したつもりなんですが，上手く伝わっていなかったようですね。

すみません。。m(_ _)m
なんとか理解しようと、考えてはいるのですがなかなか理解できなくて・・。

＞簡単に言うと，カルボニル基への求核剤による求核置換と同じです。

簡単・・・ですか？（爆）
難しいですね～。大学に合格できたら、また勉強したいと思います。

＞何処が＋で何処が－かを考えれば大抵は片付きます。

え？それだけで有機の反応が予測できるんですか？
スゴイですね～。（＾＾；　僕もいつかできるようになりたいです。

＞是非，合格後は回答者に回って下さい。

合格・・ですか。来年になったりして（爆）
前期試験を受験してきたんですが、英語＆物理が出来なかったんです。。
数学もあまりできなかったし・・・。(T_T)
化学はできたと思うんですけど。。