鉄と硫黄で作るお団子はなぜ発熱するのか

質問

中学理科の教科書に、鉄と硫黄と水を混ぜてお団子を作ると、しばらくしたら発熱するというものがありました。加熱もしていないのに何故、熱が発生するのですか。

回答No.4

ht1914

鉄とイオウの反応ではよくやられる実験があります。お団子ではないですが参考までに。

鉄粉とイオウの粉を質量で７対４の割合で混ぜます。原子量が５６と３２ですから原子数で１対１になります。これを試験管に２／３ほど入れます。一番上の部分を外からバーナーで加熱するとしばらくして火がつきます。その後は加熱をしなくても自然と反応が進みます。赤く見えるところがゆっくりと上から下に降りていくのを見た人は結構感心してくれます。

この反応は鉄粉が荒いとうまくいきません。

私は以前７：４、７：２，７：８と３種類の試験管を用意して比較実験を生徒に見せたことがあります。７：４のものは下まで反応が続きましたが後の２つは途中で止まってしまいました。「反応で出来る物質の中での鉄とイオウの割合が決まっている、だから材料の比率がその比から外れると反応が終わりまで行かなくなる」ということをおおざっぱに示せたと思っています。この場合で言うとＦｅＳという化合物が生じるということです。固体ですから反応途中での物質の移動は起こりません。片方の物質が多いとある場所での反応で生じた熱が次の場所での反応を促すという形になれなくなるのです。

団子を作るときも比率と粒の大きさが問題になると思います。水は密着度をよくするためではないでしょうか。

お礼

有難うございました。
密着度をよくするためですか・・・

回答No.3

anthracene

まず一つ目の可能性としては、No.1さんのご指摘のように鉄と硫黄の粒子同士を接触しやすくするため、ということが考えられます。
粉同士を混ぜただけだとパラパラしますので、反応剤同士が十分に接触せず、反応が開始しないことはありえます。
活性な粒子表面が出ている（表面を十分に洗浄するなど）場合なら、粒子を混ぜるだけでも反応が起こることはありえます。

二つ目に関しては、完全に私の推測です。
反応自体が固体の粒子表面で起こるものではなく、水中にわずかに溶け出た鉄クラスター（原子数十-数百個の塊）か、あるいはさらにばらけて原子（あるいはイオン）間の反応なのかもしれません。
金やパラジウム、銀など様々な金属において、バルクの粒子表面とクラスターでは反応性が全く異なりますので、このような現象が起こる可能性はあるかと思います。
問題は、鉄紛を水に浸すだけでこのような現象が起こりえるのか？という根源的なとこなんですが。ごめんなさい。

反応全体を眺めてみると、Fe + S ->　FeS
という反応で、どこにも水は関与してません。
発生する熱量は、反応剤（鉄と硫黄）と生成物（硫化鉄）の持っているエネルギーの差で決まります。
水の仕事はこの反応を進みやすくしているわけですが、機能としては単なる溶媒（溶解してないので溶媒というのは変ですが）なのか、触媒なのかは分かりませんね。反応の機構が分からないと何とも。

お礼

私もイオンが関係するのかなぁとは思っているのですが、よくわかりませんね。
有難うございました。

回答No.2

kan3

化学反応するときは大抵　熱の変化があります。
発熱する事が多いですが、まれに温度が下がる事もあります、このような事例を吸熱反応と称します。

反応熱は極自然な事です。

回答No.1

koon1600

反応熱というやつです。
硫黄（S）と鉄（Fe）の粉を混ぜて水（これはまとまりやすくすると考えたほうがいいかな・・・）を加えたもので団子をつくると・・・
鉄と硫黄は互いに反応してFeS（硫化鉄）を生成します。この際に、エネルギーが熱と言う形で放出されます。
余談ですが、熱を吸収する反応もあります。

一番分かりやすいのはカイロかなあ・・・あれは鉄（Fe）と酸素（O）の反応なのですが、あれも加熱しなくても熱でますよね？それと同じです。

参考URL：

http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/netukagaku1.html

補足

以前、鉄と硫黄を乳鉢でゴリゴリと混ぜ合わせましたがその時に熱は発生しませんでした。鉄と硫黄が反応しやすいのならば、単純に混ぜ合わせただけではなぜ発熱しなかったのでしょうか。
また、エネルギーにもふれてありますが、鉄、硫黄は共に内部にエネルギーを蓄えており、そのエネルギーが熱エネルギーに変化するので発熱するのですよね。では、物質が持っているエネルギーを取り出しやすくするのは水を加えてこねるという作業にあたるのでしょうか。乳鉢で混ぜ合わせるのと大した違いは無いのに、熱が発生したりしなかったり、よくわかりません。