あなたは高校化学で登場する、
乾燥剤の性質を理解できていますか？
「乾燥剤はどこまで覚えればいい？」
「なぜ使えない場合があるの？」
こんな風に思っている人も多いでしょう。
あなたが乾燥剤で困ってしまうのは、
乾燥剤の仕組みを網羅的に理解しておらず、
知識がぶつ切りになっているからです。
ここでは乾燥剤について、
仕組みから詳しく解説していきます。
この記事を最後まで読むことで、
乾燥剤を深く理解することができ、
もう二度と忘れることはなくなるでしょう。
乾燥剤に少しでも不安があるあなたは、
ぜひ最後まで読み飛ばさずに読んでみてください。
目次
乾燥剤とは
「乾燥剤」とは、
湿った気体から水分を取り除くためのものです。
気体と水蒸気が混ざった状態から、
うまくH2Oだけを取り出すことで、
気体を乾燥させることができます。
しかし実際はH2Oだけを取り出すことは難しく、
・化学反応を起こしてしまう
・水と一緒に吸収されてしまう
などの現象が起こってしまうのです。
そこで今回は高校化学で必要な乾燥剤について、
その性質や「使いどき」などをまとめて解説していきます。
実験室で気体は、「無機化学の6反応」を利用して作ります。高校化学の気体の製法の反応式は全て、その場で作れるのです。詳しくは以下をチェック。
【合わせてチェック】
・【永久保存版】無機化学の反応はたった6つ！
・さよなら丸暗記！気体の製法まとめ
乾燥剤の分類
先ほども説明した通り、
気体と乾燥剤が化学反応を起こしてしまうと、
目的の気体までもが変化してしまいます。
そして一番起こりやすい反応が「中和反応」です。
酸性の乾燥剤に塩基性の気体を通す、
塩基性の乾燥剤に酸性の気体を通す、
などをすると気体が化学変化してしまいます。
これに注目して、
「酸性乾燥剤」なのか、「塩基性乾燥剤」なのか、
に着目しながら各乾燥剤を見ていきましょう。
①濃硫酸H2SO4
「濃硫酸」は、
高校化学で頻出の乾燥剤・脱水剤です。
硫酸分子は以下のような構造で、
めちゃくちゃに水素結合を起こしています。
ここに水が入ってこれば、
いかにも歓迎されそうですね。
このときの歓迎され具合は、
水を加えたときの溶解熱からもわかります。
濃硫酸と水を混ぜ合わせると激しく発熱し、
一気に水が沸騰してしまうのでしたね。
濃硫酸は酸性乾燥剤ですから、
塩基性の気体（NH3など）には使えません。
また、
濃硫酸（正確には熱濃硫酸）には酸化作用もあるため、
還元剤であるH2Sにも使えません。
これは少し忘れやすいので注意しておきましょう。
②十酸化四リンP4O10
「十酸化四リン」も酸性乾燥剤として使えます。
十酸化四リンは、リンPの酸化物です。
一般に酸化物は以下のように水と反応し、
水酸化物になるのでしたね。
以下のような立体構造をした十酸化四リンも、
水を加えると以下のような反応を起こします。
これは通常の酸性乾燥剤であり、
塩基性気体以外には使用することができます。
③塩化カルシウムCaCl2
「塩化カルシウム」は中性乾燥剤として使えます。
中性乾燥剤ということは、
どの気体とも中和反応を起こさないため、
原則すべての気体に使用することができます。
ただし、一つだけ注意が必要です。
強酸・強塩基の塩であるCaCl2は、
酸塩基系の反応は全く起こさないものの、
なんとアンモニアと以下のような付加反応を起こします。
これは知っていないとどうにもなりませんね…。
このようにして、
水とNH3が吸収されるため、
NH3以外の乾燥剤として利用できます。
NH3の吸収同様、水が付加して水和物を作れます。
CaCl2→CaCl2・2H2O→CaCl2・4H2O
→CaCl2・6H2O
④ソーダ石灰（CaO+NaOH）
「ソーダ石灰」は、
CaOやNaOHなどが混ざった塩基性乾燥剤です。
NaOHには「潮解性」があり、
CaOは以下の反応を起こすことができます。
塩基性乾燥剤のため酸性気体には利用できません。
また、
塩基性乾燥剤であるということは、
二酸化炭素CO2を吸収することもできます。
これを逆用すれば、
発生したCO2の量の測定にも使えますね。
乾燥剤とは違う使い方ですが、
これは「有機化学」の中でよく使われるので、
頭の片隅に置いておくといいでしょう。
乾燥剤まとめ
以上の乾燥剤の、
名前、性質をまとめると以下の通りです。
種類を覚えるのは大変ですが、
その性質はほぼ予想できると思います。
ぜひ、
「酸性だから〜」
「酸化剤として働くから〜」
と理由とともに理解しておきましょう。
参考：シリカゲル
「シリカゲル」は、
お菓子の袋の中に入っているなど、
かなりよく使われる乾燥剤です。
基本的には中性乾燥剤（正確には弱酸性）です。
実際の現場ではよく使われる乾燥剤ですが、
試験で問われることは少なめですね。
それにはもしかしたら以下のような、
少しめんどくさい事情があるからかもしれません。
参考：シリカゲルの小ネタを集めてみた
ただし、
乾燥剤としての性質ではなく、
その製法は頻繁に問われます。
二酸化ケイ素からシリカゲルを作る過程は、
意外と複雑なので、以下もチェックしてみてください。
まとめ
今回は、主に気体の収集時に使われる、
乾燥剤の種類と性質をまとめました。
このまとめをスクショして、
繰り返し復習しておきましょう。
また、
乾燥剤は主に気体の製法の部分で現れます。
乾燥剤よりもむしろ、
気体の製法の方が大変に思っていませんか？
でも実は、
気体の製法は丸暗記では決してありません。
気になる人は、
是非以下の記事も読んでみてください。
