気体の比率がすべてを語る!H管で見る水の電気分解の醍醐味
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
水の電気分解、H管を使った実験ですね。ダイナミックな演示実験の魅力と、化学式とのつながりを膨らませてみました。
「ポンッ」という小さな爆発音、理科の実験でこれほど心が躍る瞬間はなかなかありません。今回はT先生とご一緒に、あの化学の基本中の基本でありながら、何度見ても感動してしまう水の電気分解を、H管を使って行ってみました。
あえて「H管」を選んだ理由
このH管は、水溜め部分を利用するタイプの実験器具です。ガラス製のため価格も高く、扱いを誤ると壊れやすいという弱点があるため、普段の授業では小型の電気分解装置を使うことが多いです。
ただし、H管には小型装置にはない魅力があります。発生した気体をコックで直接取り出せる点、そして何より、装置全体のスケールが大きい分見た目のダイナミックさが段違いなんです。演示実験として教室の前で見せるには、まさにうってつけの器具だと感じました。
1:2という美しい比率のヒミツ
電気を流すと、陽極と陰極からそれぞれ酸素と水素が発生しはじめます。気体が発生するたびに、水溜めの水面が少しずつ押し上げられていく様子は、見ていて飽きません。しばらく電気分解を続けると、H管の中にたまった気体の体積比はきれいに1:2になります。
これは決して偶然ではなく、水の化学式が「H₂O」であること、つまり水素原子2個と酸素原子1個で水分子ができていることの、何よりの証拠なんです。目に見えない原子の世界の決まりごとが、目の前の気体の量という「見える形」になって現れる、この瞬間こそ電気分解という実験の一番の醍醐味だと思います。
火を近づけた瞬間の反応
そして、たまった気体それぞれに火を近づけてみました。その時の様子がこちらです。
水素にはポンと音を立てて燃える性質があり、酸素には物を燃やす力を強める(助燃性)性質があります。
酸素の様子
水素の様子
教科書で読んで知識としては知っていても、実際に自分の目で確かめると、何度体験しても新鮮な驚きと感動があります。今回もまさにその瞬間を味わうことができました。
大きな装置で電気分解を行うと、小型の装置で行うときとは比べ物にならない迫力があります。水という身近でありふれた液体が、電気の力で目に見える気体へと姿を変え、しかもその量の比が分子の構造をそのまま映し出している。そんな化学の奥深さを、あらためて実感させてくれる実験でした。
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