銀・金・白金は「貴金属」とよばれ、化学的に非常に安定な金属です。
銀は全金属中で最大の電気伝導性をもち、錯イオン形成や感光性など独自の化学反応で入試に頻出します。
金と白金は通常の酸には溶けず、「王水」にのみ溶けるという特別な性質をもちます。
銀(Ag)は銀白色の金属で、金属の中で電気伝導性・熱伝導性が最大です。展性・延性も大きく、加工しやすい性質をもちます。光をよく反射するため、鏡の製造にも利用されます。
| 性質 | 内容 |
|---|---|
| 色 | 銀白色 |
| 電気伝導性 | 全金属中で最大 |
| 展性・延性 | 大きい(加工しやすい) |
| 化学的安定性 | 比較的高い(希硫酸・塩酸には溶けない) |
銀は希硫酸・塩酸とは反応しない(水素よりイオン化傾向が小さいため)が、硝酸には溶ける。希硝酸では一酸化窒素 NO、濃硝酸では二酸化窒素 NO2 を発生します。
希硝酸との反応:3Ag + 4HNO3(希) → 3AgNO3 + 2H2O + NO↑
濃硝酸との反応:Ag + 2HNO3(濃) → AgNO3 + H2O + NO2↑
硝酸銀 AgNO3 は無色の結晶で水によく溶ける。光によって分解するため、褐色びんに保存します。硝酸銀水溶液にハロゲン化物イオンを加えると、特徴的な色の沈殿を生じます。
Ag+ + Cl− → AgCl↓(白色)
Ag+ + Br− → AgBr↓(淡黄色)
Ag+ + I− → AgI↓(黄色)
| ハロゲン化銀 | 色 | NH3水への溶解 | Na2S2O3への溶解 |
|---|---|---|---|
| AgCl | 白色 | 溶ける | 溶ける |
| AgBr | 淡黄色 | 少し溶ける | 溶ける |
| AgI | 黄色 | 溶けない | 溶ける |
沈殿の色は「白・淡黄・黄」の順(AgCl → AgBr → AgI)。NH3水への溶解しやすさも同順で減少します(AgI はほぼ溶けない)。また AgF(フッ化銀)は水に溶けるため、沈殿しません。
湿った空気中では、硫化水素 H2S と反応して黒色の硫化銀 Ag2S を生じます。銀製品が黒ずむのはこのためです。
4Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S + 2H2O
硝酸銀水溶液に少量のNaOH水溶液を加えると、褐色の酸化銀 Ag2O が沈殿します。これにアンモニア水を過剰に加えると、Ag+ が NH3 と錯イオンを形成して溶解し、無色透明の水溶液になります。
2Ag+ + 2OH− → Ag2O↓ + H2O
Ag2O + 4NH3 + H2O → 2[Ag(NH3)2]+ + 2OH−
この錯イオンをジアンミン銀(I)イオン [Ag(NH3)2]+といいます。配位数は2で、直線形の構造をとります。
配位子の数(ジ=2) + 配位子名(アンミン=NH3) + 中心金属名(銀) + 酸化数(ローマ数字) + イオン種(陽イオン)
→ ジアンミン銀(I)イオン
AgCl はアンモニア水に溶けます。これも錯イオン形成によるものです。
AgCl + 2NH3 → [Ag(NH3)2]+ + Cl−
アンモニア性硝酸銀水溶液(ジアンミン銀(I)イオンを含む)にアルデヒドを加えて温めると、Ag+ が還元されて銀 Ag が析出し、容器の内壁に光沢ある銀の薄膜を形成します。この反応を銀鏡反応といいます。
R−CHO + 2[Ag(NH3)2]+ + 2OH− → R−COO− + 2Ag↓ + 4NH3 + H2O
銀鏡反応はアルデヒドの検出反応として用いられます。ケトンは銀鏡反応を示しません。鏡はこの銀鏡反応を利用して製造されます。
アルデヒド(R−CHO)はカルボン酸(R−COOH)に酸化される=還元剤としてはたらく。一方、Ag+ は Ag(金属銀)に還元される=酸化剤。この酸化還元反応の結果、銀が析出します。グルコースも分子内にアルデヒド基をもつため、銀鏡反応を示します。
ハロゲン化銀(AgCl、AgBr、AgI)は、チオ硫酸ナトリウム水溶液に溶けます。写真フィルムの現像で「定着液」として用いられるのはこのためです。
AgBr + 2Na2S2O3 → Na3[Ag(S2O3)2] + NaBr
金(Au)は黄金色の金属で、金属の中で展性・延性が最大です。1 g の金を伸ばすと約 3000 m の細線になるといわれます。化学的に非常に安定で、通常の酸や塩基には溶けません。
| 試薬 | 金 Au の反応 |
|---|---|
| 希硫酸・希塩酸 | 溶けない |
| 硝酸(希・濃) | 溶けない |
| 熱濃硫酸 | 溶けない |
| 王水(濃塩酸3:濃硝酸1) | 溶ける |
王水とは、濃塩酸と濃硝酸を体積比 3:1 で混合した液体です。王水は非常に強い酸化力をもつため、金や白金のような化学的に安定な貴金属も溶かします。
純金は柔らかいため、実用品には銀・銅などを混合した合金として使われます(カラット K で純度を表示)。
白金(Pt)は銀白色の金属で、比較的やわらかく加工しやすい性質をもちます。化学的安定性は非常に高く、通常の酸では溶けません。金と同様に王水には溶けます。
| 試薬 | 白金 Pt の反応 |
|---|---|
| 希酸(塩酸・希硫酸) | 溶けない |
| 硝酸 | 溶けない |
| 王水 | 溶ける |
白金は触媒として非常に重要な金属です。反応前後で白金自身は変化せず、表面で気体分子の反応を促進します(不均一触媒)。
金・白金は通常の酸(硝酸・希塩酸・希硫酸・熱濃硫酸)にはすべて溶けません。溶かせるのは王水だけです。「王水 = 濃塩酸:濃硝酸 = 3:1(体積比)」をセットで記憶してください。銀は王水ではなく硝酸(希・濃どちらも)に溶ける点が異なります。
銀・金・白金を「酸への溶解性」と「特徴的な反応」で整理すると、入試で確実に得点できます。
| 金属 | 色 | 特徴的な物性 | 溶ける酸 | 主な用途・反応 |
|---|---|---|---|---|
| 銀 Ag | 銀白色 | 電気伝導性・熱伝導性が全金属中で最大 | 硝酸(希・濃) | 鏡、写真、錯イオン、銀鏡反応 |
| 金 Au | 黄金色 | 展性・延性が全金属中で最大 | 王水のみ | 装飾品、電子部品 |
| 白金 Pt | 銀白色 | 触媒活性が高い | 王水のみ | 触媒(オストワルト法等)、電極 |
Q1. 全金属の中で電気伝導性が最大の金属は何か。
Q2. 銀に硝酸銀水溶液を加えた後、アンモニア水を過剰に加えると何が生成するか。名称と化学式を答えよ。
Q3. 金と白金が溶ける液体は何か。その組成を答えよ。
Q4. 銀鏡反応において、何が還元剤としてはたらくか。
銀に関する記述として誤っているものを1つ選べ。
④
④が誤り。銀は王水にのみ溶けるのではなく、希硝酸・濃硝酸に溶けます。王水にのみ溶けるのは金(Au)と白金(Pt)です。銀は硝酸系の酸で溶けるため、わざわざ王水を使う必要はありません。
①は正しい(銀=最大の電気伝導性)。②は正しい(銀は H よりイオン化傾向小 → 塩酸不溶)。③は正しい(AgCl 白色沈殿)。⑤は正しい(AgCl・AgBr・AgI はすべて感光性あり)。
次の操作を順に行ったとき、各段階で観察される現象を述べよ。
操作1:硝酸銀水溶液に希塩酸を少量加える。
操作2:操作1で得られた混合物に、アンモニア水を過剰に加える。
操作3:操作2で得られた水溶液にヨウ化カリウム水溶液を加える。
操作1:白色沈殿(AgCl)が生じる。
操作2:白色沈殿が溶け、無色透明の水溶液になる([Ag(NH3)2]+ 形成)。
操作3:黄色沈殿(AgI)が生じる。
操作1:Ag+ + Cl− → AgCl↓(白色)
操作2:AgCl + 2NH3 → [Ag(NH3)2]+ + Cl− AgI は NH3水に溶けないが、AgCl は溶ける。
操作3:溶液中の [Ag(NH3)2]+ から放出される Ag+ が I− と反応 → AgI↓(黄色)。AgI の溶解度積は AgCl より格段に小さいため、たとえ錯イオンの形であっても AgI の沈殿が生成する。
銀鏡反応について、以下の問に答えよ。
(1)アンモニア性硝酸銀水溶液(トレンス試薬)中で、銀はどのようなイオンの形で存在しているか、名称と化学式を答えよ。
(2)アルデヒドが銀鏡反応を示す理由を、酸化還元の観点から40字程度で説明せよ。
(3)ケトンは銀鏡反応を示さない。その理由を述べよ。
(1)ジアンミン銀(I)イオン [Ag(NH3)2]+
(2)アルデヒドは酸化されてカルボン酸になりやすい還元剤であり、Ag+(酸化剤)を Ag に還元するため銀が析出する。
(3)ケトンは酸化されにくく(R−CO−R' → 酸化にC−C結合の切断が必要)、還元剤としてはたらかないため、Ag+ を還元できない。
(1)NaOH → Ag2O → 過剰 NH3 → [Ag(NH3)2]+(直線形、配位数2)。
(2)アルデヒドのホルミル基(−CHO)は容易に酸化されてカルボキシ基(−COOH)になる。この過程でアルデヒドが電子を失い(酸化)、Ag+ が電子を受け取って Ag に還元される。
(3)ケトンの構造 R−CO−R' では、カルボニル炭素の両側に炭素が結合しており、これ以上酸化するにはC−C結合の切断が必要。そのため温和な条件では酸化されにくく、還元剤としてはたらけない。