反応が起こることの証明法

質問

社会人です。高校で化学をならったときからの疑問があります。次の化学反
応式を習ったときに、「この反応が起こる」ということを、誰がどうやって証
明、または確認したのか、という疑問を持ちました。

(1)H2O + CO2 → H2CO3
(2)H2O + Cl2 → HCl + HClO

　(1)については、「化学大辞典」(東京化学同人、1989)によれば、「H2CO3
は水溶液中でのみ存在し、単離されていない」とあります。水溶液中でしか存
在しないものを確認する方法は何なのでしょうか。また、水一分子と二酸化炭
素一分子から炭酸一分子が生成する、というのを、誰か「見た」のでしょうか。
子供のような質問ですが、いまだに解けないでいます。どなたかご教示願いま
す。
　また、(2)についても同様です。水一分子と、塩素一分子から、塩化水素一
分子と次亜塩素酸一分子が生じる、というのを、誰か見たのでしょうか。化学
の原点とも言うべきような、これらの素朴な疑問につきまして、お考えをお持
ちの方、ご意見をお伺いしたく、お願いします。

回答No.1

Ichitsubo · ベストアンサー

(1)について
二酸化炭素を溶かした水が酸性になっていること
その水溶液に水酸化カルシウム水溶液(石灰水)を加えると、炭酸カルシウムCaCO3の白色沈殿が生じて濁るので、二酸化炭素を溶かした水には二価の酸が生じていること
これらが簡単な状況証拠ですね。

分光学的に測定すれば水溶液中に炭酸が生じていることがもう少し直接的に観測できそうです。

(2)について
塩素水に硝酸銀水溶液を加えると塩化銀の白色沈殿が生じることから塩素水には塩化物イオンが生じている。
水酸化ナトリウムと塩素を反応させると、塩化ナトリウムと次亜塩素酸ナトリウムが生じる。水酸化カルシウムでも同様(このときの混合物をさらし粉という)。
このことから塩素水中には塩化水素と次亜塩素酸とが生じていると言ってもかまわない。
こちらも同じく機器で測定すればもう少し直接的に観測が出来るでしょう。

補足

ご回答ありがとうございました。
　塩から考えるのですね。私も質問をした後で、(1)について、炭酸水素ナト
リウムとか炭酸ナトリウムなどは単離されるので、それが間接的証拠かな、と
思いました。(2)のさらし粉生成反応は、言われて思い出しました。どうもあ
りがとうございました。
　そこでまた新たな質問なのですが、(1)(2)ともに、水溶液中のものを分光学
的に測定する方法、とは、具体的に何があるのでしょうか。(1)の場合、水和
した炭酸分子(もしくは解離した水和炭酸水素イオン、または水和炭酸イオン)、
(2)の場合は水和した塩化水素分子と水和した次亜塩素酸分子(もしくは水和塩
化物イオンと水和次亜塩素酸イオン)を測定するのが、直接的な観測方法、と
いうことになると思いますが、それらを「見る」方法が思い浮かびません。も
しお分かりなら、ご教示願います。何度もすみませんが。f(^^;)

回答No.3

piyoco123

単離というのは純粋にあるひとつの物質を精製してくるということで、
それは無理でも混合物の状態では分子量測定で炭酸イオンも他の分子も存在することが確認されています。
「見る」というのが可視光領域でかつ肉眼に限定するというのならば未だ達成されていませんが。

補足

ご回答ありがとうございました。
　No.2さんへの補足にも書きましたが、「見た」、というのは、もちろん肉眼
で見たことを言ったわけではなく、例えばそれと特定できるピークなり信号な
りを検出した、というように、直接的に観測した、という意味です。やや質問
の仕方が幼稚だったかもしれませんね、申し訳ありません…。
（素朴な質問をどのように伝えようか、考えましたが…）
ご回答から、分子量測定という方法が、この疑問に対する間接的な検証法、と
理解しました。ありがとうございました。

回答No.2

ht1914

（１）＞、「H2CO3は水溶液中でのみ存在し、単離されていない」とあります。水溶液中でしか存在しないものを確認する方法は何なのでしょうか。

（２）＞水一分子と二酸化炭素一分子から炭酸一分子が生成する、というのを、誰か「見た」のでしょうか。

はじめの質問は尤もな質問だと思います。それには＃１の方は答えられています。
２つ目の質問はちょっと困る質問です。特に「見た」というところです。原子があるなんて誰が「見た」のかという質問もよくあります。
見えないものは存在しないという姿勢のよくある質問です。対応するのを避けたくなる質問です。
肉眼で見ることの出来ないものの存在をどうやって確かめてきたのか、これに長い時間がかかっているのです。

補足

ご回答ありがとうございました。
　二つ目の質問に対するご指摘ですが、「見た」、というのは、もちろん肉眼
で見たことを言ったわけではなく、例えばそれと特定できるピークなり信号な
りを検出した、というように、直接的に観測した、という意味で言いました。
誤解を与える言い方をして申し訳ありませんでした。
（そのために、「」の中に入れて書いたのですがf^^;）