0523【化学変化と物質の質量3】質量変化の規則性(前編)

例えば、銅が酸素と結びついて、酸化銅ができる化学変化を例に挙げると

前々回・前回やった、質量保存の法則では、たとえばａ(g)の銅とｂ(g)の酸素が結びついてできる酸化銅はａ＋ｂ（ｇ）である、ということがわかります。

ところが、質量保存の法則をもってしても、反応した銅の質量ａと酸素の質量ｂの関係はわかりません。
ということで、このａとｂの関係を探ってみましょう。
もう少し具体的に言うと一定の質量（たとえば1ｇ）の銅は、何ｇの酸素と結びつくのでしょう。無限に結びつくのか、限りがあるのか。１ｇの銅の代わりに１ｇのマグネシウムだと、結びつく酸素の質量はどうなるのか、気になるところがあります。

そこで、こんな課題を設定してみましょう。

課題：２種類の物質が結びつくとき、それぞれの物質の質量の間にはどのような関係があるのだろうか

予想

こういう「２つの数量の間にはどのような関係があるのだろうか」系の問いでは、とりあえず「比例」と答えるのが吉だったりします(身もふたもない)

　関係ないけど、「関係」といえば、1990年ごろにやってた転職のアクセスマガジンDODA（デューダ）のＣＭのシリーズはどれも面白いのですが、特に心に刺さったのはタクシーを舞台にしたやつの一つです。
　後部座席に客の沢田研二扮する疲れた客が乗っていて、
尾美としのり扮する運転手が「お客さん、疲れてますね～、どんな関係？」とおそらくは職種（金融関係とか医療関係とか）を聞いたところ、客(沢田)の答えは
「…人間関係…」
あはは。笑えないけど笑える。

構想

２種類の物質が結びつくとき、という話なので、具体的な化学変化として銅が酸素と結びついて、酸化銅ができる化学変化、ついでにマグネシウムが酸素と結びついて、酸化マグネシウムができる化学変化でやってみたいと思います。

銅(マグネシウム)と酸素の質量の間の関係を調べるため、一定量の銅(マグネシウム)が何gの酸素と結びつくかを測ります。
銅粉やマグネシウム粉末をガスバーナーで加熱しても、1回では完全に酸化しきれません。なので、何度も加熱する必要がありそうです。酸素と結びつけば質量が増えるので、もし加熱しても(結びつけようとしても)質量が増えなくなれば、限界に達したんだ、完全に結びついたんだと考えることができそうです。

加熱する銅(マグネシウム)の質量ですが、班ごとに0.40ｇ、0.60ｇ、0.80ｇ、1.00ｇ、1.20ｇ、1.40ｇと変えていきます。
そうすれば銅0.40ｇに酸素何g、銅0.60ｇに酸素何g、銅0.80ｇに酸素何g…とグラフにかけそうですね。そうすれば銅の質量と酸素の質量の関係を見出せそうです。

実験

(1) 空のステンレス皿の質量を測る。
(2) 皿に銅粉(もしくはマグネシウム粉、以下同様）を載せて、質量を測る。
(3) (2)で測った質量から(1)で測った質量を引けば、最初の銅粉の質量がわかる。
(4) ガスバーナーで銅粉を載せた皿を加熱する。
(5) 燃えたな～と思ったら冷まして、また皿ごと質量を測る。
(6) (5)で測った質量から(1)で測った質量を引けば、加熱後の銅粉の質量がわかる。
(7) 加熱後の銅粉をこぼさないようにかき混ぜる。
(8) (4)～(7)を加熱しても質量が増えなくなるまで繰り返す。