銅は何色?

それでは早速前回(というかここ何回かの記事)同様、アンさんよりいただいていたご質問コメントの続きを見ていく感じですね。

 

今回も、触れておきたかったポイント満載のナイコメ、心よりお礼申し上げたい限りに存じます…!

 

あぁ…イオン…自分は恐らく何度聞いてもイメージ出来ることは無いと思われます…。

「H2O ⇔ H + OH

これを見ても、なるほどとも思えず、、もちろん『H+が2つ + O2-』とはならんの?と思いつくこともなく…


ただ、ひとつ発見がありました!!

「物質が陽イオンと陰イオンに分かれることができるのは、液体の中に限られる…」ということ、、これは、あ、そーなの?っていう感じですね。食指がピクリと(ほんの少しだけ笑)動きました。


銅イオンなんていうのも聞き覚えがありますが、それも液体でしか存在しないということですか?例えば何でしょう?

リチウムイオン電池も、、液体だったりして??

 

⇒イオンはまぁ正直ぶっちゃけ、何のこっちゃよぉ分からんのも無理からぬ話だと思います。


ずっと偉そうにしたり顔で説明していますが、僕も見たことがあるわけじゃないし(イオンは目に見えないので)、僕自身、正直よく分かんないまま説明している……までありますしね。

(まぁ流石に完全適当にそれっぽいホラ抜かしているだけというわけではなく(笑)、学校の授業で教わるような話に関しては間違ったことは書いてないつもりですが、深く考えていくと結局よぉ分からん所も多々ある…って感じでしょうか)

 

そんなわけで、「おっ」と思っていただけた「物質が陽イオンと陰イオンに分かれることができるのは、液体の中に限られる…」というのも、その後の記事でもちょこっと触れていましたが、これも実は「標準的な環境では」に限った話で、実は特殊な条件下ですと、空中にイオンが飛び出るという場面もなくはない…という微妙な感じですね。


ただそれはあくまで特殊な状況ですし、別に化学の道を極めたいわけではなく「身近な現象の理解をちょっと深めよう」的な、このシリーズのコンセプトであるベーシックな話においては、そう思っても何ら間違いはないのでそう考えていいと思います、といえるように思います。


ご質問にあった銅イオンについては、もちろん、銅イオン単独(=銅イオンはCu2+なので陽イオンであり、要は「相棒の陰イオンと手をつないだ状態ではない」ってことですね)で存在するのは基本的に溶液の中に限られるわけですけど、とはいえ言うまでもなく、銅の化合物=固体は、銅イオンと何かの陰イオンが手をつないだ状態で存在しているものだ、といえます。

例えば10円玉、作られてすぐの最初はピカピカであるけれど、使われるごとにあの汚ぇクスんだ茶色になることはどなたもご存知だと思いますが、これは金属の銅が空気中の酸素によって酸化された、酸化銅に変化するためといえまして、これはもちろん、銅イオンCu2+と酸化物イオンO2-が手を結んで出来た、CuOという物質になっている…といった具合ですね。

 

しかし上述の通り、固体として存在してるこいつは当然「イオン同士が結合した状態」の物質であり、銅イオンが単独で存在している(動き回っている)わけではありません。

改めて、「イオンが分かれて単独で存在できるのは、溶液中に限られる」のが(特殊な条件を考慮しない場合の)鉄則ですから、銅イオンが単独で漂うためには、水の力が必要といえるわけです。


まぁ残念ながら日常生活で銅イオンを含む水溶液にお目にかかることはめったにないと思うため、「例えば何がある?」というご質問には上手いこといい例をご紹介することは難しいんですけれども、銅は化学や生命科学なんかでも案外重要な物質で、実験室ではとてもよく目にするものとなっています。


と、ここで記事タイトルにもしましたとおり、銅というのは何色かご存知でしょうか?


もちろん、ついさっき僕自身「クソみたいな汚ぇ茶色」(そこまでは言ってませんでしたけど(笑))と書いていた通り、誰がどう考えてもあの赤茶色が浮かぶと思うのですが、非常に面白いことに、銅はイオンになると、全然異なる色になるという大変印象的な物質なのです。


例えば非常に汎用される銅化合物である硫酸銅、これは「五水和物」という、水分子が付着した形で売られている(使われる)ことが多いものの(これは結晶水を取り込んだものであり、水分子がくっついていてもあくまで固体なのですが、その辺の「水和」についても、ややこしみが過ぎる(高校化学でも、「そういうもの」と適当に教わるだけですね)ので、そこは特に気にせずにいこうと思います)、これは当然イオン状態になった銅なわけですけれども(もちろん、硫酸イオンと手をつないでいるので、銅イオン単独で存在しているわけじゃないですけどね)、これは非常に特徴的な、「銅イオンの色」が見られる一例といえます。

 

無駄にごたごた並べてスペースを食いましたが、一応クイズ形式で考えていただく「間」を置いた感じでした(笑)。


さぁ、銅イオンというのは何色なのか、その答がこちら…!

 

https://ja.wikipedia.org/wiki/硫酸銅(II)より

あぇー!!

(「青い」をぶっきらぼうに書こうと思ったら(→赤いを「赤ぇー!」みたいに)、上手いこと書けないことが判明しました(笑)。

 何だよ「あぇー」って、いきなり狂ったのかとしか思えん(笑))

 

そう、銅イオンというのは、非常に鮮やかな青色をしているんですね。

 

これを水に溶かすと銅イオンは遊離し、これまたとても印象的な、大変綺麗な色を呈します。

検索してみたら、東京工芸大の化学・材料コースの方によるブログ記事に写真付きで掲載されていたので、お借りいたしましょう。

 

blog.t-kougei.ac.jp

https://blog.t-kougei.ac.jp/cmc/2022/06/15/1764/より

まぁ硫酸銅の固体の色そのまんまともいえますが、投稿者の方も、「高校時代初めて見たとき、とても感動したことを覚えています」と書かれている通り、これは実際とても色鮮やかな、まさかあんな「薄汚ぇ小銭の象徴」「3位の象徴」であるクソ銅の色とはとても思えない、とても澄んだ美しい色なんですね。


とはいえ、酸化銅は例の汚い10円玉の色なわけで、銅イオンというか銅化合物全てが青という訳ではないものの、少なくとも水溶液中で遊離している銅イオンは鮮やかな青色であるため、その道の人にとっては「銅って何色?」と聞かれた際、「青だね」とドヤ顔で知ったかぶるのがお約束だといえましょう(笑)。

 

金属単体とイオンの色が違うのは珍しくない……というか恐らく全てがそうで、もちろん無色透明の金属イオンも多々ありますけど、色付きのものも多い感じです(その辺の色についても高校化学では目ぼしい物を一通り覚えさせられますが、実際↑の硫酸銅水溶液のように実物はかなり印象的ですし、現物を見ないで文字だけで覚えさせられるのも無味乾燥だったように記憶しています)。

 

今回ちょっと時間がないので色まとめには触れられなかったものの、「金属イオン 色」なんかで検索したら、まとめ記事が沢山ヒットしてくる感じですね。

 

一方続いてのご質問、「リチウムイオン電池はどうなの?まさか液体?」という点ですが、これも、実はリチウムイオン電池の中には普通に液体が詰まっていますよ、ってのがズバリの回答ですね。


なので、場合によっては古い電池から液漏れしてきた…なんてことも、案外経験された方はそれなりにいらっしゃるのではないかと思います。

(かなり高濃度の液体なので、粘度は高くそんなチャポチャポのものが入ってるわけでもないですし、普通は液が漏れたら水が蒸発して、塩だけが残ることも多いですが。)


しかし科学の発展とは凄いもので、電池というのは基本的にイオン化した物質が電気を運ぶので中に液体が詰まってるわけですけど、最近は「全固体電池」という、固体のみからなるものも開発されているようです。


産総研マガジンに、分かりやすい特集記事がありました↓

 

www.aist.go.jp

まぁ僕は全く専門家でも何でもないため、解説することすら不能で「興味ある方はぜひご覧ください」としかいえないものの、「全固体電池」という名前からも、「普通の電池には液体が詰まっています」ということは明らかだといえる感じですね。


そんなわけで、「イオンは液体の中!」というのは、やはり日常生活で知っておいても無駄ではない基礎教養といえましょう(銅イオンが青とかも、通ぶれる豆知識かもしれませんね。通ぶっていいことなどひとつもありませんけど(笑))……という話でした。


では今回は強烈に時間がなかったのでやや短めですがこの辺で、続きはまた次回とさせていただこうと思います。

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