マグネシウムと水の反応

ナトリウムは常温水と反応するが、
イオン化傾向がナトリウムより一段階小さいマグネシウムは
常温水とは反応しない。

と一般的にはなっているようです。
しかし、今日、学校の実験で、
水道水にマグネシウムリボンを入れてみたら
じわじわマグネシウムに気泡がつき、（水素と思われる）
BTB液を加えると水溶液は青色に変色しました。
水酸化マグネシウムが生成されたようですが、
これは、マグネシウムは常温水と反応する
とみなしてよいものでしょうか。

No.11 ベストアンサー 回答者： ht1914 回答日時： 2006/11/06 18:18

＃９に対する補足です。

前の職場に行っていくつか確かめてきました。
（１）教材用に使っているマグネシウムリボンの純度について
　　　＃９に写真の載っているＵＲＬを引用しておきました。
　　　純度は９９．９％で幅３．２ｍｍ，厚さ０．２ｍｍのリボンです。箱にはｍａｄｅ　ｉｎ　Ｅｎｇｌａｎｄ　と書いてありますが会社名はありません。保存中のものはたいてい表面が黒くなっています。この黒い物質は酸に溶けます。多分表面に針状に結晶が成長しているのだと思います。

（２）水との反応
　マグネシウムリボンを薄めた塩酸の中に入れ表面を解かしてきれいにします。２本の試験管に精製水を入れフェノールフタレイン溶液を加えます。片方にきれいにしたマグネシウム、他方にそのままのマグネシウムを入れて静置しておきます。入れてすぐにリボンの表面に沿って赤い色が広がるのが両方の試験管で見られます。コレはすぐに分かります。でもゆっくりしか反応しません。試験管全体に広がるのには時間がかかります。泡もかすかに分かる程度です。かき混ぜがありませんので溶液全体が赤くなるというところまでは行きません。半時間ほどして試験管を振って見るとリボンそのままの方は炭酸水素ナトリウムぐらいの発色でした。きれいにしたリボンの方はもう少し赤い色でした。

マグネシウムはアルミニウムよりもかなり反応性が高いです。表面の酸化被膜もアルミニウムほど強固なものではありません。

室温の水とゆっくり反応すると考えていいと思います。
でもＣａやＮａに比べると「極端に遅い」と言っていいほどです。フェノールフタレインの発色はすぐに分かるのですから生徒実験で充分確認できるレベルです。

ｋｕｕｙａ様の質問の通りだと思います。

酸化還元電位の値は＃７に載せています。

No.12 回答者： anthracene 回答日時： 2006/11/08 22:56

ht1914さんはいつも実証的ですね（笑。

私も2番煎じではありますが、グリニャール反応後のマグネシウムかすを水につけてみました。
使用前のマグネシウム（削り節、リボンではない）は、一応表面はピカピカしているものの、水に付けても泡はほとんど見えません。ちょっとは出ているのかもしれないけど、良く分からず。
一方、使用後のマグネシウム（THFに漬かっていた）をすばやく水に突っ込んだところ、目視で泡が出るのを確認できました。

結果として、表面が十分きれいなら、高校生の実験レベルでもマグネシウムと水の反応は確認できるとしてよいと思いますよ。

No.10 回答者： anthracene 回答日時： 2006/11/03 03:35

中学生または高校生の方でしょうし、きれいな表面が出ていれば（あるいはDexMachinaさんがお書きになっているように、フラスコ中で活性化されたか）、マグネシウムといえども常温水と反応しますよ、という結論で良いと思うのですが・・・

いつも使ってるマグネシウムだと、水との反応は遅いから観察できないけど、活性表面が出ていれば目で見えますよ、ということで良いと私は思います。
結局、反応の速度の問題でしょう。
マグネシウムと水の反応は活性な金属表面で起こりますから、反応しやすい面がたくさん出ているほど早い、すなわち、光沢面がちゃんと出ている方が早いし、粉になって表面積が増えてたらもっと早いでしょう。

もっとも、厳密に言えば、数時間か数日か（数年でも良いけど）したらなんらかの変化が生じるのなら、「反応しない」という表現は変ですね。

もっと激しい例としては・・・
ヨウ素やジブロモエタンで化学的に磨いたマグネシウム削り節（purityは９９＋くらい）も、水に接触すると泡が出ます。
粉になってたりすれば、既に書いたように下手すると燃えます。水との反応も早いでしょう。
リーケ法で活性化したマグネシウムはもっとやばいと思います（空気にさらしたことなんか無いのでどうなるか知りませんけど）。

No.9 回答者： ht1914 回答日時： 2006/11/02 22:59

＃７です。

マグネシウムリボンの純度ははっきりと記憶にはありません。９０％を超えていたことは確かです。学校の実験で使っているリボンは多分皆同じおなじものだと思います。イギリス製のものです。理科の教材取り扱いの業者に頼むとこれを持ってきます。製品の写真が載っているサイトを見つけましたのでのせておきます。

http://www.kenis.co.jp/onlineshop/index.php?main …

このマグネシウムリボンが沸騰水中では反応するというのはあちこちに記事があります。ビーカーで水を沸騰させてマグネシウムリボンを入れるとフェノールフタレインが赤く変色するという内容です。実験書が公開されています。でも常温の水と反応するというのは載っていないようです。高校の実験では時間のかかる観察事項は飛ばしてしまう場合が多いです。また教科書の記述に合わせようという意識が働く場合も多いです。

でも試験管に入れっぱなしにするということをやればフェノールフタレインの変色は確実に観察することが出来ます。（やはり夏場の方が良いようですが。Ｎａと水の反応でも冬場はかなり弱いですから。）

熱水で反応するのですから常温の水とは反応速度の違いだけだという気持ちでいます。

原理的に反応しても良いが高校程度の実験で分かるものではないと言われると現実に反応を見ている生徒は一体何を見ているのでしょう。何が見えているのかを専門の方に明らかにして欲しいと思っています。Ｍｇの電位はＮａの電位に近いです。Ａｌとはかなり差があります。表面の酸化被膜の丈夫さもＭｇとＡｌとでは差があります。　

No.8 回答者： mataoyu 回答日時： 2006/11/02 21:17

気になる点などを指摘しておきます。

１．Mgリボンの純度はどの程度でしょうか。かなり純度が高くても不純物との間に電位差が生じ、電気化学的な反応が起こる可能性があります。もしそうであるとすれば、これは、Mg金属と水との直接の反応とは言えません。

２．１．の問題がないとしても、酸化膜に覆われたMg金属と、覆われていないMg金属と、水との反応のkineticsは異なり（酸化被膜の溶解度・溶存酸素・（遊離塩素）なども影響するので）、単純に「マグネシウムは常温水と反応するとみなしてよい」というのは、あまり科学的な態度ではないでしょう。

ちなみに、Al金属を高純度の水の中に浸けておいても、反応はゆっくりですが進行します。その結果、肉眼で見ても分かる被膜が生成します。
この被膜は、空気中で出来るものとは異なります（主としてベーマイト）。

ともかくは、原理的にMg金属が水と反応するのは当然のことですが、その証拠として、水道水にMgリボンを浸けた程度の実験で、それを証明したかのようなことは、言わない方がいいと思います。

No.7 回答者： ht1914 回答日時： 2006/11/02 08:07

私もやったことがあります。

マグネシウムリボンを切って精製水の中に入れます。フェノールフタレインを加えておきます。
ゆっくりと赤い色がリボンの近くから広がっていきます。５分程度で目立ってきます。真っ赤にはなりません。炭酸水素ナトリウムの発色ぐらいです。
リボンはいつもそのまま使っています。表面にはかなり酸化物があると思います。酸化物が溶けるからかマグネシウム自体が溶けるからかの区別は確認していません。
マグネシウムを燃やしたときの白い灰を水に入れたときもゆっくりと赤くなります。
加熱した水蒸気で発火するというのもそれほど難しい実験ではありません。２００℃程度で発火すると思います。（温度測定はしていません。らせんにまいた銅のパイプで再加熱をやっただけです。卓上実験です。）
私はゆっくりと反応しても良いのではと思っていました。

水道水の中の塩素によって酸化されるという場合はＭｇＣｌ２を生じますからアルカリ性にはならないと思います。

保存中のＭｇリボンは表面が黒くなってきます。酸化マグネシウムは白いのにとちょっと不思議な気がします。酸と反応させると全部反応してしまいますのでとのまま使っていました。

酸化還元電位の数値は次のようになっています。
Ｚｎ２＋　＋　２ｅ－　→　Ｚｎ　　　　　　　　　　－０．７６Ｖ
２Ｈ２Ｏ　＋　２ｅ－　→　Ｈ２　＋　２ＯＨ－　　　－０．８３Ｖ
Ａｌ３＋　＋　３ｅ－　→　Ａｌ　　　　　　　　　　－１．６７Ｖ
Ｍｇ２＋　＋　２ｅ－　→　Ｍｇ　　　　　　　　　　－２．３８Ｖ
Ｎａ＋　　＋　ｅ　　　→　Ｎａ　　　　　　　　　　－２．７１Ｖ

ＭｇやＡｌは水と反応しても良い金属だと思います。ただ反応速度が遅いということで反応しないと言っているのではないでしょうか。温度を上げると徐々に早くなっていくのでしょう。表面状態にも影響されるでしょう。

水酸化マグネシウムの溶解度積は１．８×１０＾（－１１）です。この時の「ＯＨ－］は３×１０＾（－４）ｍｏｌ／Ｌですからアルカリ性を示してもいい値だと思います。

酸化マグネシウムの溶解度についてはデータが手元にありません。森北出版の化学辞典には「水に僅かに溶ける」と書いてあります。

No.6 回答者： mataoyu 回答日時： 2006/11/02 06:10

一般的には、「腐食（金属腐食）」と呼ばれる現象です。

腐食は、（電気）化学反応により生ずることは確かなのですが、「マグネシウムは常温水と反応するとみなす」などとは、普通は言いません。

例えば、鉄を水の中に入れれば錆びますが、このとき「鉄は常温水と反応するとみなす」とは、言わないでしょう。

No.5 回答者： anthracene 回答日時： 2006/11/01 23:06

私のアドバイス内容や、さらに詳しい話が実験化学講座の無機化合物の章にのっています。

しかし、第4版以降は細かい話がしょうりゃくされてしまっていますので、見るならふるい第3版が良いと思います。
マグネシウムに限らず、アルカリ金属からアルミなどにいたるまで、性質が記載されています。
もしも、学校の図書館なり先生なりがお持ちでしたら、見せてもらうと参考になると思います。

No.4 回答者： anthracene 回答日時： 2006/11/01 22:56

NO.1にも書きましたが、削ると危険性が増大しますので、くれぐれも気をつけてください。

削った本体もですが、削りカスの粉は非常に危険です。
発火することがあります。まじで。
やるなら、絶対に粉および削りカスを飛び散らせず、防火対策を十分に施してください。
また、削りカスなどは全て希塩酸で十分に分解してください。
放置しておくと、後々事故の原因になりかねません。
反応後のマグネシウムもちゃんと潰すこと。
化学的に表面が活性化されている可能性が高いですから、放置してはいけません。

削るというよりも、リボンを切り刻んで、すばやく蒸留水なりイオン交換水なりに入れる、という形の操作の方がよいと思います。
切断することで活性表面が出ますし、削りカスの粉が出なくてすみます。

また、空気中で削っていても、結局活性表面はすぐに潰れますので、再現性のある結果が得られるか怪しいところがあります。
これくらいの実験なら、問題は無いとは思いますが。

通常、機械的に削って活性化する場合は、真空中で行います。
我々がグリニャール反応という化学反応にマグネシウムを用いる場合は、酸化剤と不活性雰囲気下（アルゴンか窒素）、脱水溶媒（エーテルなど）中で反応させ、表面を化学的に削って活性化させます。機械的に削ることもありますが、その場合も上述したように真空下で行います。

機械的に削るよりも、ごくうすい希塩酸で表面を洗い、乾燥させる方が安全性、活性化の容易さの両面で効果が高いと思いますが。
真空乾燥が望ましいですが、乾燥空気下で風乾するのでも酸化はあまり起こらないはずですから、良いと思います。

No.3 回答者： w-palace 回答日時： 2006/11/01 22:55

教科書的には、マグネシウムは沸騰水とは反応するが、常温の水とは反応しないということになっているようですね。

ただ、沸騰水と常温の水の温度差は特別大きいというほどではないので、表面の状態や水道水中の不純物、マグネシウムに付着した不純物などの影響によって、常温でもゆっくりと反応することはあるかもしれないと思います。

それと、BTB液というのは微妙ですね。たとえば、参考URLではフェノールフタレインを用いています。フェノールフタレインはBTBとは違い、変色域がアルカリ性側によっていますからね。

参考URL：http://www.aichi-c.ed.jp/contents/rika/koutou/ka …