小さな雷

概要

還元剤と酸化剤の電子の交換によって発生する熱がメタノールを引火させて光(雷)を発生させる。

本当の天気で見る雷の原理とは少し異なる。

試薬

実験:　濃硫酸（H2SO4　98％）、メタノール(CH3OH)、過マンガン酸カリウム(KMnO4)

処理: 過酸化水素(H2O2　３5％)、水酸化ナトリウム(NaOH)

使用器具

試験管、2mlピペット、5mlピペット、10mlピペット、 薬さじ(×2)

スタンド、水槽、試験管立て

実験手順

(実験)

0.ゴーグルと手袋をつけて水槽の中に水を入れ、スタンドに試験管をセットする。

1.硫酸を3ml、試験管の中に注ぐ。

2.ゆっくりとメタノールを6ml、試験管の中に注ぐ。

3.試験管に少量の過マンガン酸カリウムを加える。

４．しばらくすると上下の２つの層の間にパチッという音とともに光が発生する。

(処理)

1. 試験管の中に過酸化水素2ml注ぐ。この時に小さな煙が発生する。

2. 2粒ほど水酸化ナトリウムを加える。このときも同様に煙が発生し、中和熱が発生する。

原理説明

過マンガン酸カリウム(KMnO4)を試験管の中に入れると、過マンガン酸カリウムと濃硫酸(H2SO4)が反応して、緑色の七酸化二マンガン(Mn2O7)が生成される

KMnO4+ ３H２SO4→ K++ MnO3+ + H3O+ +3HSO4-

KMnO４→ K+ + MnO4-

MnO３+ + MnO４- →　Mn２O７

七酸化二マンガンは酸化剤(他の物質から電子を奪う)でメタノール(CH3OH)は還元剤(他の物質に電子を与える)ので、この2物質の間で電子のやり取りが行われる。

Mn2O7 + CH3OH → 2MnO2 + CO2 + 2H2O

この電子のやり取りで発生した熱によって、気化したメタノールが発火し、小さな爆発が起きる（雷）。

補足

ちなみにこの小さな雷の実験が本当の雷とは異なる。実験では電子の交換によって発生した熱がメタノールを引火させて、爆発が起きた事によるものである。

よく見る雲の雷の方は…

1. 湿った空気が上昇して上空で大きい水滴の塊(雲)となる

2. 雲の中に氷ができ、上昇し大きくなってゆく

3. 上昇気流が重力に負けて氷の粒が下降を始める

4. ３より下降する氷の粒と上昇する粒が衝突し、帯電する

5. 4より地面にプラス電荷が貯まる

6. 雲が大きくなりプラス電荷とマイナス電荷が大きくなり、空気が耐えられなくなったときに放電が起きるのが雷