中学 · 12分

炭化水素の燃焼：化学変化のしるし

メタン・エチレン・アセチレン・ベンゼンを順に燃やし、炎と生成物を比べる。

目的

燃焼が化学変化であることを見分ける：新物質（ $\ce{CO2}$ ・ $\ce{H2O}$ ・すす）ができ、炎の色は炭素量に応じて変わる。

器具と試薬

4種の気体炭化水素と酸素供給（仮想）、炎色チャート。

手順

$\ce{CH4}$ を選んで点火し、炎の色と排ガス中の生成物を記録する。
$\ce{C2H4}$ ・ $\ce{C2H2}$ に切り替え、炎が明るくなりすすが出始めるのを見る。
最後に $\ce{C6H6}$ で終え、4つの燃料をすすの多さで順位づけする。
各燃料で原子が釣り合うことを確認：酸素が十分なら全 C は $\ce{CO2}$ 、全 H は $\ce{H2O}$ に。

観察すること

$\ce{CH4}$ はきれいな青い炎で燃え、炭素が多い燃料ほど明るい炎・すすの多い炎になる。 $\ce{C6H6}$ が最もすすが多い。
4つの完全燃焼の生成物はすべて $\ce{CO2}$ と $\ce{H2O}$ 。化学変化のしるしは新物質の生成である。

解説

炭化水素は C と H のみなので、 $\ce{O2}$ 過剰での完全燃焼は常に $\ce{CO2}$ + $\ce{H2O}$ を与える： $\ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}$ 、 $\ce{C6H6 + 15/2 O2 -> 6CO2 + 3H2O}$ 。局所的に酸素不足になると、炭素がすす（C）や $\ce{CO}$ として出る。黄色い輝きは白熱したすすである。質量%C は $\ce{CH4}$ （75 %）から $\ce{C6H6}$ （92 %）に増えるので、ベンゼンの炎が最もすすっぽい。

実験の歴史

1770年代、ラボアジエは燃焼が「フロギストン」の放出ではなく酸素との化合であることを示した。炭化水素の燃焼を精密に量ると質量は常に保存される。

ゆかりの化学者

アントワーヌ・ラヴォアジエ