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濃度や温度の違う溶液は、なかなか混ざり­にくいという現象を扱った簡単な演示実験です。

「動 画」少し振り混ぜてもなかなか混ざらない。境界線があるように見える。

「動 画」濃度の異なる2種の水溶液を用いたカラーマジック:学生による演示

始めに砂糖を溶かしこんで密度の大きい水溶液(緑色に着色)を下に配置し、ただの水溶液を赤色に着色したものを上に重ねます。仕切り板を除いてもすぐには2種類の水溶液は混じりません。濃度のことなる溶液がなかなか混じらない例です。しかし、濃度を高くしたものを上に配置(色はわざと同じにして緑のまま)して、仕切り板を除くと一気に両方の水溶液は混じってしまいます。これは、単純に密度の大きい水溶液が下方に移動することによります。もちろん、時間経過とともに粒子の熱運動の影響が大きくなり、次第に均一な溶液となっていきます。


「解 説」

1.混ざり合うようで混ざらない:海流の暖流や寒流がぶつかるところを上方から観察すると、それぞれの海水は互いに混ざりにくく、境目がはっきり見えるといいます。また、アイスコーヒーを飲まずに放っておくと、氷が溶けてできた水は、上部にたまっているだけでなかなか混ざりません。これらは、濃度の違う溶液が混ざり­にくいということを表しています。しかし、溶液の温度が高まると、次第に混ざり合っていきます。当たり前の現象のようですが、濃度と温度と溶け易さの関係は、複雑な要素も多く、単純には読み解くことができません。さて、食紅溶液を水に滴下した場合ですが、次第に色素が広がっていき、最終的には均一な色水となります。これは、拡散という現象で、水に溶けた物質(粒子)が自由に動き回り、溶液の隅々にまで行き渡ろうとするものです。温度に応じた粒子の動きを熱運動といいますが、溶液の温度が高いと拡散の速度が大きくなるのは、激しい熱運動をする粒子の割合が増加するからです。一般的に、温める方が、物が溶けやすくなるということは体験的に理解しやすい現象ではあります。

2.溶質と溶媒の複雑な相互作用:食塩の溶けている水に、別の水に調整した色素を混ぜようとすると、拡散の速度がかなり低下します。これは、塩化ナトリウムなどのイオン性の結晶が水に溶けて安定した水和イオンを形成しているためです。例えば、正電荷を持つナトリウムイオンの場合であれば、極性分子である水分子の負に分極した部分(酸素原子側)を引きつけるため、一定量の水分子が束縛されるのです。結果として、色素の拡散に利用できる水量が相対的に減少し、その速度が低下すると考えられるのです。また、アイスコーヒーの上の氷が解けてできた水の例ですが、拡散の意味からは、コーヒー成分と混じり合いそうなものですが、糖分が溶け込んでいる溶液には色素はもちろん、氷が解けて生成した水さえも…

…省略…

▽「サブタイトル」濃、度うなってるの?

▽「キーワード」 溶液と濃度 電解質 イオン 熱運動 拡散


◇このブログで発信する情報は、取扱いに注意を要する内容を含んでおり、実験材料・操作、解説の一部を非公開にしてあります。操作に一定のスキル・環境を要しますので、記事や映像を見ただけで実験を行うことは絶対にしないで下さい。詳細は、次の3書(管理者の単著作物)でも扱っているものがありますので参考になさってください。


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