化学Ⅰ・化学実験Ⅰ | らくらく理科教室

2023年5月22日
さいえんすヨージ

実習科目である化学実験Ⅰはもちろん、講義科目の化学Ⅰでも受講者が実際に教材や簡素な実験操作に関わり、化学現象を体験しながらの学習活動となります。

＜化学実験Ⅰ＞

〇15回　参考　分野テーマと学習項目のみ　詳細な実験テーマや概要などは、配布実験プリントに反映。ただし、状況により順序を入れ替えやテーマを差し替えることもあります。

「実施予定」

化学反応とエネルギー1：発熱反応；CaO溶解熱　酢酸ナトリウム凝固熱　エンタルピー…
化学反応とエネルギー2：吸熱反応；NH₄NO₃溶解熱　状態変化による吸熱反応　遊離による吸熱(ラムネつくり)
化学反応とエネルギー3：生物発光～ルミノール反応；ウミホタルの発光　ルミノールと鉄触媒　シュウ酸ビスによる化学発光
反応速度１：時計反応で反応速度定数を求める；ヨウ素デンプン反応　律速段階
反応速度２：振動反応；BZ(ベロウゾフ・ジャボチンスキー)反応の観察～電圧振動の測定
無機物質の性質１：イオン化傾向；金属(スズ・銅)樹の形成　電析法
無機物質の性質２：金属結晶の特徴；ビスマスの融解と結晶化～独特な結晶(骸晶)　酸化被膜による構造色
有機化学１：脂肪族炭化水素と合成反応；カルボン酸とアルコールによるエステル合成
有機化学２：芳香族炭化水素の性質；フェノール類とアミン～ジアゾカップリング反応による化学染料の合成
有機化学３：有機合成：蛍光物質フルオレセインの合成～とその性質
有機化学４：合成高分子化合物の合成；セバシン酸ジクロリドとヘキサメチレンジアミンによるナイロンの合成
有機化学５：天然高分子化合物の性質；グルコース(単糖類)の構造とその性質～還元性(銀鏡反応)　プラスティック面へのメッキ
有機化学６：生活と化学＿繊維と染色；ベニバナ色素(カルタミン)による工芸的な染色方法
予備実験テーマ：空気-炭電池の製作　有機化合物の酸化還元反応＿メチレンブルーやインジゴカーミンを用いて　霧箱を用いた放射線の飛跡観察　墨流し～マーブリング＿アボガドロ定数を求める　食品の化学＿コピー食品・果物の皮むき　水ガラスを用いて＿浸透圧とケミカルガーデン　多糖類デンプンの分解反応　分子結晶＿ドライアイスを用いて　アルカリ金属＿禁水性物質の取り扱い　藍染め＿生葉染と化学染め　脂肪族炭化水素～アルコールの性質　リモネンの性質＿ラテックスゴム　エステル合成反応の応用；脂肪酸ナトリウム(セッケン)の生成～セッケンの透明化処理　銅板のエッティング　ヨードを用いた金メッキ

※必要に応じICT機器を活用：温度・pH・電圧センサー等を活用

〇実践例：ダイヤモンドを燃やす

〇実践例：ペットボトルに銀メッキ

〇実践例：BZ振動反応

＜化学Ⅰ＞

「ガイダンス」

遅刻したり、欠席が多くなりそうな人は受講しないでください。
授業の進め方

進行状況によっては、事前に提示した内容を修正・調整することがあります。
授業NOTE(プリント)を配布します。内容をメモするノートとして活用して下さい。　→　毎回提出
実験NOTEの空欄を埋めていくときに発問することもあります。順番に指名するので積極的に応答を。
授業では、教材や映像提示・演示実験を行い、その後に化学的な解説をするというパターンが多くなります。必要があれば座席を移動して観察し、撮影するなどデータを積極的に活用して下さい。

成績評価について

出席重視：授業中の観察・体験を重視するので、遅刻厳禁・欠席は原則3回まで。(公的な事情は考慮しますが…)
授業での参加態度・教材の観察態度・実験NOTE等を総合的に判断します。

化学Ⅰ＿授業NOTE：一部公開(文字情報のみ)

※文中記号　　［　］語句記入箇所　☆演示実験　△回覧教材　□映像紹介

物質と現象の探求⑴…化学結合から見る化学物質

共有結合からなる物質『ダイヤモンド』

☆ダイヤモンドを強熱する

「観察」ダイヤの燃焼

観察のポイント
- 供給気体：
- ガラス管：
- 燃焼して生成する物質
特筆すべき化学物質「ダイヤモンド」
- 炭素原子のみから構成される[単体　]：石灰水(水酸化カルシウム水溶液)が白濁(炭酸カルシウム)。

・C + O₂ → CO₂

・Ca(OH)₂ + CO₂ → [　CaCO₃ 　+ 　H₂O]

無色透明の結晶：天然の物質の中で最も硬く、摩擦やひっかき傷に対する強さの指標である[モース　]硬度では最高値[10　]。

強固な[正四面　]体の立体構造

△ダイヤモンドの結晶モデル

△ダイヤモンドの鑑定書

炭素原子どうしが[109.5　]°で共有結合(sp³混成軌道)により結びつき、巨大分子(結晶)を構成。
導電性[なし　]：すべての[価　]電子が共有結合に使われているため
熱伝導性[高　]い：熱伝導率は、銅の約5倍。
屈折率[2.4　]：透明結晶の内壁面で反射と屈折を重ね、プリズム効果による光の分散でカラフルな光の束となって出てくる。→[ブリリアント　]カット

希少性：地球深部の[高温高圧　]状態の特殊な条件下で形成され、大粒のものは極めて珍しい。
- 1905年南アで発見されたカリナン原石は3106カラット(621.2g)。1カラット=[0.2g　]。
- 人工的に作成する方法としては、高温高圧法や化学気相成長法などがある。→[工業　]用ダイヤモンド

□カリナン原石

「観察」熱して乾燥～濃塩酸加えると

無機金属イオンと錯体

△シリカゲルブルー

☆塩化コバルト(Ⅱ)六水和物を用いて

観察のポイント
色の変化：
濃塩酸を加えると：
水の吸収により色が変わる
- 水分子の離脱：塩化コバルト(Ⅱ) CoCl₂・6H₂O を加熱すると水和している水分子が離脱して、青色を呈する。

[Co(H₂O)₆]Cl₂ 　⇄ 　CoCl₂ 　+　[6H₂O　]

(暗紫色)　　　　　(青色)

しかし、放置しておくと空気中の水分を吸収し[水和　]物に戻る。

この六水和物を水に溶解させると、淡桃色の錯イオン　[ヘキサアクアコバルト(Ⅱ)　]イオンをつくって安定する。色調の変化は、乾燥剤の［シリカゲル　］粒や化学反応で水が生成しているかどうかの判定剤としても利用されている。

CoCl₂・6H₂O ⇄ [ [Co(H₂O)₆]²⁺　 ] ＋　2Cl^－

ヘキサアクアコバルト(Ⅱ)イオン

錯体の配位数が変化する
塩化コバルトを水に溶解させたのち、さらに濃塩酸を加えると、水分子と塩化物イオンの交換が起こり、テトラクロロコバルト(Ⅱ)酸イオン [CoCl₄]^2- が生成する。

[Co(H₂O)₆]²⁺　+ 4Cl^–　⇄ [ [CoCl₄]^2- ]+ 6H₂O

テトラクロロコバルト(Ⅱ)酸イオン

この変化では、コバルト錯イオンの構造が[八　]面体から[四　]面体へと変化し、配位数が[６]　→　[４　]に減少する。また、吸熱反応を伴う可逆反応で、温度を上げていくと、微妙な色の変化も観察される。

□お天気ネコ

金属がつくるキレート：タマネギ染め

「観察」操作手順～絞り染め

☆タマネギの色素で布を染める

観察のポイント
- 抽出液の色：
- 染色布の色：
色素の抽出と媒染
- 抽出：色素の[熱運動　]の結果、水への[拡散　]溶解が起こる。その効果は、[温度　]の影響が大きいので、染色作業においては加熱することが多い。
- [媒染　]効果：木綿はそのままでは染まりにくい。代表的なミョウバン(カリミョウバン)の化学式は{\displaystyle {\ce {AlK(SO4)2\cdot 12H2O}}}[KAl(SO₄)₂12H₂O　]
タマネギ色素「ケルセチン　」
ケルセチンC₁₅H₁₀O₇：フラボノイドの一種、ソバや柑橘類の外皮にも含まれ、ベンゼン環に複数のヒドロキシ基がついた植物色素に共通する[ポリフェノール　]とよばれる構造。
キレート：アルミニウムイオンや鉄イオンのような金属イオン(M)を加えると、色素分子の一部に固定された状態(キレート)ができあがる。一種の[錯　]イオンが形成され、色調や酸・塩基に対して堅牢度が高くなり、繊維に固着しやすくなる。同様の反応として、フェノールが鉄イオンと反応して、紫色を呈する反応がよく知られている。
白いタマゴが茶色に：殻の表面に存在する[カルシウム　]イオンによる媒染効果が働く。
染色の歴史：動物～植物繊維
聖徳太子の冠位十二階：役職のランクによって着衣の色を明確に区別するという統治行為としての政治的な意図が働いていた。

□平安時代の十二単(じゅうにひとえ)

絹や羊毛：貴族が身につける衣装の繊維は絹が主流だった。絹は動物性の[タンパク　]質であるため、ペプチド[　[CO-NH]　　]の部分に植物色素が結合しやすく色が定着しやすい。
麻や綿布：植物繊維[セルロース]には、色素がからみにくいため、媒染剤の他に事前に豆汁や牛乳に漬けておくと良いとされる。　→　タンパク質が綿布に残り、色素に染まりやすくなる。肉汁や血液などの汚れが落ちにくい理由でもある。

△□藍染め：綿布にもよく染まるので爆発的に広まった→　ジーンズ

△□紫根染め：紫草から得られる色素(シコニン)による染色法。古代から最高位の色として大切にされた。

△□紅花染め：金属イオンによるキレートとは直接関係なく、酸塩基反応を利用した染色法。

「観察」沸騰水に塩化鉄