炭酸カルシウムで白濁させた水に二酸化炭素を吹き込む実験

質問

学校の理科や化学の実験で

　1. 石灰水に息を吹き込むと炭酸カルシウムが生じ、白濁する。さらに吹き込むと濁りが消える。

というのはやりますが、

　2. 炭酸カルシウムの粉末で濁らせた水に息を吹き込み、濁りが消えるかどうか確かめる。

という実験はやりません。これはなぜですか？
チョークの主成分だったりと、多くの生徒にとって炭酸カルシウムの方が身近で、2の方は自分で実験してみやすいと思います。また、2は1の後半に相当するはずなので、当然1と2を共に行えばより理解が深まると思います。

ただ、実際に炭酸カルシウムが主成分であるチョークの粉と水道水を用いて2を行ってみても、濁り具合の変化を確認できませんでした。このように失敗してしまうのが2を学校で行わない原因かもしれませんが、ではなぜ失敗してしまうのでしょうか？
一応私の調べたところでは、チョークの粉の方が1によって生じる沈降炭酸カルシウムより粒子が大きいからではないかと考えています。

詳しい方、教育に意見をお持ちの方などのご回答をお待ちしております。

回答No.3

htms42

海苔やおかきの詰め合わせに入っている乾燥剤に生石灰を用いたものがあります。これを水に溶かせば石灰水が出来ます。
（かなり溶けにくい形状になっているようにも思います。）

＞２００ｍｌで０．０６ｇ
＃１にも書きましたが私が試験管でやっているのは２ｍｌ程度ですよ。多くても５ｍｌ以下です。これでもかなり時間がかかります。
２００ｍｌでやれば消えないという判断になる可能性があります。

２００ｍｌでやれば炭酸カルシウムとして全部沈殿させるのも息では無理かもしれません。

お礼

何となくコップ1杯で計算していたのですが、確かにそうですね。全体量を減らすべきでした。

乾燥剤があったので早速石灰水を作り、量にも気をつけて1をやってみました。白濁を消すにはやはり希釈しないとだめでした。希釈しても量が多いと時間がかかるというのも確認できました。

粒径に関してですが、定量的なことは言えませんが石灰水の濁りはかなり粒径が小さく、少なくともティッシュで作った簡単な濾過装置では濾過できないほどでした。チョークの粉で同じように、というのはやはり無理ということになるのでしょうか。

何度も丁寧に回答していただき、ありがとうございます。

回答No.2

htms42

チョークの粉でやるのにこだわりがあるようですね。

まず石灰水でやってみてください。
これなら確実に白濁が消えるという濃度、量を確定させてみてください。
チョークの粉でやるのはその後だと思います。比較の基準がないままにただやってみるというのはロスが多いです。

石灰水の中に出来た濁りの沈降速度とチョークの粉の沈降速度を比べていただくと粒の大きさの違いがわかると思います。

＞自分でも調べたところ、仰る通り最初の石灰水は飽和よりも2倍程度薄めないと完全には白濁が消えないというような情報を見つけた・・・

この文章から推測させていただくと御自身ではやられていないのではないかと思います。
やっていればあちこち情報を探し回るということは必要ないはずです。

お礼

大分前ですが、学校で石灰水での実験はやったことがあり、最後には白濁が消えたように記憶しています。今思えば、先生がきちんと調整してくれたからなのかもしれません。

仰る通り、現在は手元に石灰水がないため1の実験はできていません。
ただ計算はしてみることができます。「石灰水を2倍程度薄めるとよい」というのを信じることにすると、計算が正しければ2倍に希釈した石灰水200mLで0.06g程度の炭酸カルシウムの沈殿が生じるようです。これを完全に溶かすには、二酸化炭素が全て反応に使われるとして70mL程度の二酸化炭素が必要です。以上は全て25℃での計算です。

0.06gというと水1滴程度の重さのようなのでそれよりは十分少ないチョークの粉の量でした。あとは吐く息に含まれる二酸化炭素がどの程度効率よく反応するかということですが、粒径もあって効率はかなり低いのかもしれません。

もちろん実際に実験してみるのが一番なので、石灰水を手に入れる機会があったらやってみたいと思います。

ありがとうございました。

回答No.1

htms42

＞チョークの粉の方が1によって生じる沈降炭酸カルシウムより粒子が大きいからではないかと考えています。

多分そうだと思います。
同時に量も圧倒的に多くなります。
１．の実験はやられましたか。
試験管に石灰水を入れて息を吹き込むと白く濁ります。
これは簡単です。
さらに息を吹き込んで濁りが消えるというのは簡単ではありません。
初めの石灰水の量をかなり少なくしないといくら息を吹き込んでも白く濁っています。
息の中の二酸化炭素の濃度はそれほど高くはありません。二酸化炭素のボンベを使うのとは桁が違います。
授業では「完全に消えるというのは無理だからいくらか濁りが薄くなるといううことが分かればそれでいい」と指導しています。
用いる石灰水は金属カルシウムを水に入れて水素発生を確認した後の溶液です。上澄みの部分を別の試験管に移して息を吹き込む実験に用います。この時の量も少なくします。１～２ｍＬぐらいです。水を少し加えて薄めています。

ボンベを使ってチョークの粉を溶かすというのはやった事がありません。息では無理だろうと思います。

お礼

ありがとうございます。

自分でも調べたところ、仰る通り最初の石灰水は飽和よりも2倍程度薄めないと完全には白濁が消えないというような情報を見つけたので、なるべくチョークの粉も少なく、細かくしてみたのですが、白濁がいくらか薄くなるということも確認できませんでした。気をつけたつもりでもやはりチョークでは濃すぎて目視では濁り具合の変化を見ることはできないのかもしれませんね。

ボンベは簡単には手に入らないので息を吹き続けたのですが疲れただけでした。炭酸水ではどうなんでしょう。今度やってみようと思います。