銅が硝酸や酢酸に溶けるスピードについて

質問

ベネチアンビーズ（ガラス玉）を作る方法で銅製の芯棒に
ガラスを巻き付けて冷ました後に硝酸に付けて銅のみを
溶かすという方法があるらしく、その作り方を試して見たいの
ですが、硝酸は取り扱いが大変そうなので酢酸というものを使おうか
とも思っておりますが、実際どの程度の時間で銅が酢酸に溶けるのかが
分かりません。
太さが１、５ｍｍ～３ｍｍ程度の銅の芯棒を酢酸に入れて溶かすにはどれくらいの時間がかかるものなのでしょうか？
あと、硝酸の場合だと、どの程度の時間で銅を溶かすのか教えて
下さい。
濃度にもよると思いますが、溶ける時間というのは大体で結構です。
他に酢酸以外でガラスはそのままの状態で銅のみ溶かす液体が
あれば教えて頂けますか？

よろしくお願いします。

回答No.2

c80s3xxx · ベストアンサー

酢酸ではダメですね．
私も塩化鉄のエッチング液を薦めます．
エッチング液はサンハヤトからアマチュアの電子工作用のものが後処理用の薬剤もついて売っていますので，それがいいでしょう．

エッチング液の中味は要するに40%くらいの濃度の塩化鉄(III)です．薬品の入手ができるなら自分で作っても問題ありません．後処理は考えてください．水道に流したりはできません．

ちなみに銅版画のエッチングは硝酸か塩化鉄です．なので画材店でも手に入るでしょう (後処理用の薬剤も売っているかどうかはわかりませんが)．
本来は溝のエッジの具合が違うため，版画にしたときの線の出方が違うので，どちらを使うかは表現の問題もあって必要に応じて使い分けるのだそうです (美大卒の妹の談による)．ただし，今は画材店では硝酸はふつうには売ってないでしょうが．

塩化鉄のエッチング液の場合，40℃くらいに暖めて使いますが，これは常温では溶解時間がかなりかかるからです．電子回路のプリント基板の銅箔の厚みは数10μくらいですが，それを溶かすのに40℃でよく撹拌しながらやっても3分とか5分とかかかります．したがって，mm の銅を溶かすには数時間程度かかる可能性はあります．この辺は銅と溶液がどのくらい接触するか，さらには撹拌等によって新しい液が常に銅にあたるようにできるかで大きく変化します．プリント基板の場合は最も効率的に銅をとかせるケースといえますが，それでもそのくらいの時間がかかるということです．

なお，塩化鉄でおこる反応は
2 FeCl3 + Cu → 2 FeCl2 + Cu2+ + 2 Cl-
また溶液はかなり強い酸性で，わずかながら塩酸蒸気を発します．とくに加温して使うときは換気に気をつける必要はあります．

補足

とても参考になります。ありがとうございます。
回答いただいた内容であと2点分からないことが出てきたので
補足の質問をさせてください。

一つは塩化鉄(III)のことです。銅版画で用いるエッチング液は
画材屋さんに問い合わせたところ塩化第２鉄ということでした。
濃度にもよると思うのですが、どちらの方が銅を溶かすのに
適しているのでしょうか？塩化鉄の種類によって違いってありますか？

もう一つは上の質問とも関連するのですが、どちらの方がガラスに
とってやさしいかということなのですが、塩化鉄(III)で検索して
見つけた文章に、使用後は長時間放置しておくと塩化鉄(III)が
ガラスに固着してしまうので使用後は速めに洗いましょうという内容が
書かれていました。
銅がどれくらいの時間で溶けるかにもよると思うのですが、溶けた
時にはガラスに塩化鉄が付着しているという心配はないものかと・・・

ガラス用のエッチング液はガラス細工用品を扱うお店にもあって
これはフッ化水素酸と硫酸の混合液らしく（他の成分もあるかもしれません）これに浸けておくとガラスがすりガラスのようになるのですが、塩化鉄の場合はガラスには影響はないでしょうか？

長々と書いてすいません。

よろしくお願いします。

回答No.6

c80s3xxx

> 酢酸というのは、日本薬局方の酢酸(濃度３０パーセント程度の水溶液）でも鉄は溶けるのでしょうか？

溶けると思います．ただ，速度はわかりません．
逆に，純酢酸 (氷酢酸ともいう) では逆効果のような気がします．
いずれにしてもある程度暖めないと時間がかかってしょうがないと思いますが．
また撹拌というか，液の循環は必須です．

お礼

ありがとうございます！
本当に助かりました。

まだお聞きしたいことはありますが、また別に質問を立てさせて
頂くので、またよろしくお願いします。

回答No.5

c80s3xxx

せっかくの回答ですが，#4 の内容はでたらめです．記憶違いなのかもしれませんが，希硫酸や希塩酸では銅はまったく溶けません．

> 一つは塩化鉄(III)のことです。銅版画で用いるエッチング液は
画材屋さんに問い合わせたところ塩化第２鉄ということでした。
濃度にもよると思うのですが、どちらの方が銅を溶かすのに
適しているのでしょうか？

すでに回答がついていますが，両者は同じものです．塩化第二鉄というのは古い言い方で，今は学術的には使いません．習慣的に現場では使われていますが．

> 使用後は長時間放置しておくと塩化鉄(III)がガラスに固着してしまう

これは塩化鉄そのものが固着しているのではなく，鉄イオンが水と反応して鉄の酸化物のようなもの，まあ，錆のようなものですね，それになってしまって固着しているのです．こうなると濃塩酸でも使わないと落ちないでしょうが，ガラス自体を侵しているわけではありません．

> 溶けた時にはガラスに塩化鉄が付着しているという心配はないものかと・・・
> 塩化鉄の場合はガラスには影響はないでしょうか？

これはどちらも心配する必要はないでしょう．

フッ化水素は素人が扱っては絶対にいけません．
私は薬品の扱いについては素人ではないつもりですが，それでも絶対に扱いたくない物質のひとつです．幸いにしてこれまで一度も使わずにここまで来られたので，残りの人生も使わずにすませたいと心の底から思います．そのくらい危険です．

#3> エッチング液には塩化鉄以外にたくさん添加物があります。

画材店の銅版画用エッチング液や，電子工作用のエッチング液は，塩化鉄(III)以外に添加物はまず入っていません．工業規模で使っているようなものはまた違うかもしれませんが．

鉄線に酢酸はいいかもしれませんね．

ところで，

> 実際２ｍｍくらいの芯が３ｃｍほどの深さでカラスに覆われている

これがひっかかるんですが，銅線なりが完全にガラスで覆われていると，銅がエッチング液に触れないので溶けませんよ．ガラスを通過して溶解ができるわけではありません．銅と溶液が完全に接触している部分があって，そこからしか溶けません．これは金属がなんであろうと，溶解液がなんであろうと，同じです．
実物のイメージがないので，よくわかりませんけど．

補足

ありがとうございます。

>これがひっかかるんですが，銅線なりが完全にガラスで覆われている
>と，銅がエッチング液に触れないので溶けませんよ．ガラスを通過し
>て溶解ができるわけではありません．銅と溶液が完全に接触している
>部分があって，そこからしか溶けません．これは金属がなんであろう
>と，溶解液がなんであろうと，同じです．

確かにそうですよね！パイプ状の物も考えていました。

最後にも一つだけすいません。
酢酸というのは、日本薬局方の酢酸(濃度３０パーセント程度の水溶液
）でも鉄は溶けるのでしょうか？
それとも理科の実験に使うような純度の高いものでないと無理ですか？

数時間単位でなくても、数日くらいは溶けるまで待てるのですが、
水溶液程度だと溶けるまでかなりかかってしまうんじゃないかなと
思うのですが、いかがでしょうか？？

回答No.4

yatagaws

銅を溶かすには希硝酸、希塩酸、希硫酸が適度でその順番に溶けやすいでしょう。濃強酸にはかならずしも速く溶けるとはかぎりません。酢酸(弱酸）には溶けにくいといえるでしょう。

回答No.3

ht1914

＃１です。
ふと思ったのですが
ガラスを巻き付けて後で溶かしてしまうというのであれば銅線でなくて鉄線でもいいのではないですか。
鉄線であれば酢酸で溶けます。

補足が書かれていましたのでついでに
塩化第二鉄と塩化鉄（III）とは同じものです。エッチング液には塩化鉄以外にたくさん添加物があります。試験管やビーカーでエッチング液を使った場合、かなりしつこい汚れが出ました。鉄さびの色です。希塩酸で洗っても取れません。私は濃塩酸を使って取りました。

希硫酸＋過酸化水素水は無色です。ガラスを汚す可能性は少ないでしょう。バッテリー液と消毒用過酸化水素の場合どちらも薄いですからそのまま混ぜて下さい。バッテリー液（希硫酸）に銅線を入れます。何も起こりません。過酸化水素水を入れていくと反応が起こり始めます。あらかじめ混ぜておくよりもこの様にする方が分かりやすいでしょう。濃度が分からないので何対何とは言いにくいのです。酢酸＋過酸化水素も考えられます。（普通過酸化水素水を酸化剤として使う場合は硫酸を使います。酢酸が酸化される可能性があればちょっと「？」です。）

フッ化水素は怖いです。使おうとは思いません。メスシリンダー等に目盛り線を入れるときなどにも使うようです。

鉄線と酢酸が一番安全で入手も楽です。廃液もあまり気になりません。

補足

ht1914さん、ありがとうございます。

ベネチアビーズの手法が銅だったのと、銅のほうが溶けやすいというイメージがあって鉄のことはお尋ねしなかったのですが、普段は鉄芯を
使っているので、鉄のことも実はお尋ねしたかったのです。
ベネチアビーズで銅の芯が使われる理由は分かりませんが、鉄が酢酸
に溶けるというのであれば試す価値はありそうです！！

実際２ｍｍくらいの芯が３ｃｍほどの深さでカラスに覆われているものがどの程度のスピードで溶けるのかは、やってみないとわかりませんが
、色々試してみようと思います。

最後に時間があればもう一つ教えて下さい。
酢酸を使ったり、希硫酸＋過酸化水素水を用いる場合、取り出すときの
ピンセットはプラスチックや竹、もしくはステンレスの素材のものを
使っても大丈夫でしょうか？

色々ご親切にありがとうございました。

回答No.1

ht1914

銅線の表面に出来た酸化銅は酢酸にも溶けますが銅自体は溶けません。

濃硝酸、濃硫酸を化学実験以外で用いるのは危険だと思います。

（１）希硫酸と過酸化水素を混ぜて使うと嫌な気体発生もないので良いかなと思います。銅が溶ける反応と銅が過酸化水素を分解する反応と両方が起こりますので酸素も発生します。無色だった溶液の色が青く変わっていけば銅が溶けています。

２ｍｍの銅線だと電線ぐらいですね。
完全に溶けなくても細くなれば抜くことが出来ると思いますので半時間ほど（？）だと思います。ただガラスに密着しているところは溶けるのに時間がかかります。（バッテリー液と消毒用の過酸化水素水だと薄いですからもっと時間がかかるでしょう。）

（２）プリント基板の銅箔を溶かすのには塩化鉄を主成分とするエッチング液を使います。これは時間がかかりますが気体発生がありませんので室内作業に向いています。電気工作材料を扱っている店で手に入ります。銅線は銅箔よりも時間がかかりますが試してみるといいと思います。目的に合えば一番いい方法ではないかなと思います。取り扱い上の注意は店の人によく聞いて下さい。

時間は確かではありません。
どれも廃液処理が大変なので薬品を使う以外の方法があればそちらがいいのですが。

お礼

とても参考になりました。
ありがとうございます

補足

ご丁寧な回答ありがとうございます。
とても参考になります！
あと、補足の質問をして申し訳ないのですが、
希硫酸と過酸化水素（水？）を混ぜて使うというのは
割合はどの程度混ぜればいいですか？

私的にはエッチング液のほうが使いやすそうなのですが、
バッテリー液を用いた方法の方が銅を溶かすスピードは
速いのでしょうか？