まとめ
【定義】
ジョセフ・ブラック（1728年 – 1799年）は、18世紀に活躍したスコットランドの物理学者・化学者である。石灰石の研究を通じて二酸化炭素（固定空気）を発見し、定量的な化学実験の手法を確立した。
学習の要点
- 重要語句：二酸化炭素（固定空気）、炭酸カルシウム（石灰石）、塩酸、塩化カルシウム、化学反応の量的関係（定比例の法則）
- 用語の意義：物質が反応する際の質量の割合をグラフから読み取り、反応の過不足を判断する能力。
解説
ジョセフ・ブラックは、石灰石（炭酸カルシウム）を加熱したり酸と反応させたりすることで発生する気体を調べ、それが空気とは異なる性質を持つ「二酸化炭素」であることを明らかにした。この発見は、空気は単一の物質ではなく、異なる性質を持つ気体の混合物であるという現代の化学的認識の先駆けとなった。
炭酸カルシウムと塩酸が反応すると、二酸化炭素、塩化カルシウム、水が発生する。この反応において、特定の量の塩酸に対して反応する炭酸カルシウムの量には決まった比率がある。実験データに基づくと、塩酸35cm³に対して、炭酸カルシウム5gが過不足なく反応し、1.2L（1200cm³）の二酸化炭素が発生することがわかる（塩酸70cm³であれば炭酸カルシウム10gで2.4Lの発生）。
反応の進行はグラフで分析できる。気体の発生量を示すグラフでは、一方の反応物がなくなるとグラフが水平（折れ曲がり点）になり、それ以上気体が発生しなくなる。また、反応後の液を蒸発させて残る固体の質量からも反応の様子がわかる。例えば、塩酸に対して炭酸カルシウムが過剰な場合、蒸発後の固体には新しく生じた塩化カルシウムだけでなく、反応せずに残った炭酸カルシウムも含まれることになる。
具体的な計算例として、塩酸21cm³に炭酸カルシウム3gを加えた場合を考える。この比率は上記の過不足なく反応する条件（塩酸7：炭酸カルシウム1）と一致するため、両物質とも完全に反応する。このとき発生する気体は720cm³となり、蒸発後に残る固体の質量（塩化カルシウム）は3.3gとなる。
補足
ジョセフ・ブラックは二酸化炭素の発見以外にも、熱学の分野で「潜熱」や「比熱」の概念を提唱したことで知られる。彼の定量的な実験スタイルは、後のアントワーヌ・ラヴォアジエらによる化学革命に大きな影響を与えた。
参照: 学習指導要領準拠資料
小学生のみなさんへ
ジョセフ・ブラックは、今から250年ほど前に、石灰石という石を使って「二酸化炭素」を発見したスコットランドの科学者です。
石灰石に塩酸という液体をかけると、あわが出て二酸化炭素が発生します。このとき、石灰石と塩酸が混ざり合って、別の物質に変わります。これを「反応」と呼びます。
この実験には大切なルールがあります。それは、混ぜる物の「量の割合」が決まっていることです。例えば、決まった量の塩酸に対して、石灰石をどんどん増やしていくと、最初は二酸化炭素の量も増えていきます。しかし、あるところで塩酸が足りなくなり、それ以上は石灰石を増やしても二酸化炭素は出なくなります。
グラフを見ると、ちょうど二酸化炭素の増え方が止まって、横ばいになる点があります。ここが、石灰石と塩酸がどちらも余らずにぴったり反応したときです。科学ではこのように、数字やグラフを使って、物がどのように変化するかを正確に調べることがとても大切です。
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