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Ⅰ-5 溶液の調製１ |
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| イ）：実験ノートにａ～ｆ溶液を調製するための操作手順（マニュアル）を詳細に記載し、操作に必要な試薬と器具名を割り出して、まとめて記載する。 |
| ＝このとき、ａについてのア）とイ）、ｂについてのア）とイ）、ｃについてのア）とイ）、ｄについてのア）とイ）、ｅについてのア）とイ）、ｆについてのア）とイ）のように調製する溶液ごとにア）とイ）をまとめ、ａについて見開き１ページの左側に記載したらノートはスペースの余裕を残して次の見開きページに改ページする。これによって、各溶液ごとに実際に試薬調製操作を行った結果を記載するためのスペースを確保する＝ |
| 解説：＜使う器具を考えよう、何を使うのか知るためには操作手順を考えればよい＞ |
| 実験には器具が必要ですね。必要な器具は何でしょうか？。実験をするとき、適切な器具が無いと何もできませんね。使う器具を考えるとき、一番確実なのは、操作手順を考えることです。どこでどんな操作を行うから、この器具が必要だと、すぐ出てきます。 操作はいろいろな順番があり、正解は1つではありません。 |
| 解説：＜操作手順を考える前提＞ |
| これから考える手順は、そのうち標準的なある操作をするには必ずその前処理が必要なことが多いです。ですから、NaClを使うので、前処理として海水を取ってきます、運搬のための足は・・・？なんてならないように、使用する試薬や器具類は、すでに実験室にあることを前提に考えましょう。 |
| 解説：＜溶液調製の前に、調製時の多い間違い＞ |
| ３％（ｗ／ｗ）溶液とは、溶質３ｇが１００ｇの水溶液中に含まれているということです。 決して溶質３ｇが１００ｇの溶媒（水）に含まれているのではありません。文章でこの違いがわかりますか？。溶質３ｇが１００ｇの溶媒に含まれているのであれば、総重量は、１０３ｇになることに気づいてください。だから、このような溶液は、３ｇ／１０３ｇとなります。これを％（ｗ／ｗ）濃度で表すと ３ｇ／１０３％は２．９１ｇ／１００ｇとなり、これは２．９１％（ｗ／ｗ）溶液です。つまり明らかに間違いですね。ここでしっかり覚えましょう。 |
| 解説：＜試薬を扱う前には、使う試薬を知る＞ |
| 必要な試薬はNaClとD-Glucoseですね。実験をする前に知っておかなければならないことがいくつもあります。その一つが、使用する試薬のことです。今回使うNaClとD-Glucoseは安全であることを前に書きましたね。でも、今後使用する試薬類はほとんどが危険なものばかりです。 どのように危険なのか、どう扱えば良いかを含めてどのような性質を持つ試薬なのかを絶対に知っておく必要があります。学校では、初めて出てくる試薬については、実験の前にあらかじめ指導者から説明があるはずですが、自分で実験をするようになると誰も教えてくれませんね。今のうちに、あらかじめ調べる習慣や方法を身につけておけば良いでしょう。 調べ方は、前にも書いたように、ネットや化学辞典類が良いでしょう。ただし、ネットは専門家のチェックが入っていませんので、時々間違いがあることを承知しておきましょう（このホームページも含めてね）。市販している立派な本や教科書だって、ミスプリントではない間違いを私もたくさん見つけています。 さらに今回知っておくと良いことは、NaClもD-Glucoseも、白色の固体、結晶粉末です。これは重要な情報で、もし液体であれば、扱いや操作手順、使う器具類が違いますからね。危険性や性質などの他に形状も知っておかねばなりませんね。 |
| 解説：＜NaClやD-Glucose、試薬と食品は違います＞ |
| 今回使用するNaClは、いわゆる食品としても販売されてますね。なめると「しょっぱい」、でなめても大丈夫。ですが、間違えてはいけないことは、試薬として販売しており、食品として販売しているわけではありません。「手についても、また少量なら口に入っても人体には害が無い」ということです。食品として販売している食塩は試薬と違い、化学的な純度は低くても食べて害になる物質は含まれません。試薬は、純度は高くても、残りのわずかな不純物中に人体に害になる成分が入ってないと保証してませんからね。これはD-Glucoseも同じです。 |
| ａ：3%(w/w) NaCl溶液を100ｇ調製するための操作手順（マニュアル）を詳細に記載し、操作に必要な試薬と器具名を割り出して、まとめて記載する。 |
| 解説：＜実験手順のフローチャート図＞ |
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操作手順を考えましょう。まず溶質濃度が３％ですからNaClを３ｇ取ります。次に取った溶質を水を加えて溶かし、さらに水を加えて１００ｇにします。これでは終わりません。保存するために保存容器に入れます。
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解説：＜作ったフローチャートを見て実際の手順を頭の中で行い、使う器具を考える＞ |
| ① １００ｍｌ容のビーカー（重量測定済み・天秤上） ※１００ｍｌの反応容器 ※電子天秤 １００ｍｌの反応容器は３ｇのNaClを溶かすので反応容器ですね。測容器は不可です。NaClは固体結晶粉末状ですから、NaClを試薬瓶から取り出して天秤の上で入れるためには反応用器の口が広い方が便利ですね。反応容器の中で、固体を計り採って入れ、溶解させるのに便利なのはビーカーですね。次、なぜ容量１００mlを選んだのでしょうか？。 3%(w/w)NaCl水溶液が１００ｇ入り、さらに撹拌できる容積が必要ですね。水１ｇはほぼ１ｍｌですから、この溶液が１００ｇ入るためには１００ｍｌ程度の容積が必要。さらに撹拌するための余裕が必要です。ビーカーの表示容積（この場合１００ｍｌ）は、その容積の半分より少し多めになるように設定されているようです。従って、１００ｍｌ容のビーカーは２００ｍｌ入れるには小さいですが、１００ｍｌ入れるとだいぶ余裕があり、１００ｍｌの溶液を撹拌するだけの余裕があります。それでは、２００ｍｌ容のビーカーではだめでしょうか。答えは使用可能ですね。それなら、３００ｍｌ容も、５００ｍｌ容も、１リットル容も・・・となりますね。ちょっと考えましょう。 極端に、１リットル容ビーカーを使用することを考えます。確かに計り採り、溶解することも、撹拌することも安全にできます。容器の底にわずかに入ってるだけですからね。さて使用することが適当でしょうか？ということで、１００ｍｌ容が適当な容器の時、２００ｍｌをわざわざ使用するのは可能ですが、さて適当でしょうか？ということです。一般に、使用できる最小の器具を用いるのが最適な場合が多いようです。 次に、１００ｍｌ容ビーカーの重量を測定しますから、天秤が必要ですね。 空のビーカーの重量（風袋重量：Ⅰ-3 計量器の操作法練習（その３）参照）は必ず記録しておきます。 使用する天秤は？。 天秤は前（Ⅰ-3 計量器の操作法練習（その１））に説明しましたね。今回は試薬調製の練習ですから、より操作がしやすい０．０１ｇまで測定できる天秤を使用しましょう。求める溶液濃度の精度により使用する天秤の種類も違ってくることは覚えておいてください。 |
| ② ↓＋３ｇＮａＣｌ 実験台上に移動 ※ＮａＣｌ ３ｇ以上 ※薬餌 １本 現在の状態を考えましょう。１００ｍｌ容の重量測定済みのビーカーが天秤上に乗っています。 操作は、このビーカーに３ｇのＮａＣｌを計り入れますね。 NaClが必要ですね。実験指導者が指定した試薬を使用しましょう。 NaClを容器から取り出し、天秤上のビーカーに入れますね。取り出す時に使用するものは、薬餌が良いでしょう。薬餌もいくつかの種類がありますが、通常実験室で使用しているものを使いましょう。 実験台上に移動する操作は、実際に頭の中で動作をしてみてください。NaClが３ｇ入った天秤上のビーカーを移動して水を加えて撹拌する作業をするための場所です。当然実験台上のスペースですから別に器具などはいりませんね。 |
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③ ↓＋少量の水 |
| 解説：＜器具に付着した試薬を洗い込む操作＞ |
| ここで、今回使用する撹拌棒のことを考えます。これは横道にそれるように見えますが、器具に付着した試薬の扱いですから、これからの様々な操作で重要な考え方です。 ３ｇのＮａＣｌが入った１００ｍｌ容のビーカーに水を加えて溶解させます。このとき、よく（早く）溶けるように撹拌する道具（撹拌棒）を使用すると効率的です。 使用後です。この撹拌棒、どうしますか？ 考えてください。使用した撹拌棒には、３ｇのＮａＣｌの一部が水分とともに付着してますね。ここに付いているＮａＣｌ分子はすててしまってよいでしょうか。３ｇの一部ですから、もし捨ててしまうとＮａＣｌが３ｇより少量ですが減ってしまい、できあがりの溶液中のＮａＣｌの量がその分不足しますね。食品なら別にかまいませんが、科学的にはダメですね。 撹拌棒に付いているはずのＮａＣｌ分子は、ＮａＣｌ溶液が入っているビーカーに「洗い込み」ます。 「洗い込み」操作をどのように行うか。撹拌棒を撹拌したＮａＣｌ溶液が入っているビーカーの上に持ち、駒込ピペットを用いて別のビーカーに入った溶解に使用したのと同じ水で撹拌時に溶液が付着した部分を洗い、洗液は確実に全量ビーカー内に受けます。このとき、少量で３回以上「洗い込み」ます。ここの考え方は「Ⅰ-2ガラス器具の種類と使い方（その２） ガラス器具の洗浄」に解説した通りです。３回以上洗い込んでも最終量の１００ｇを超えないことが大切ですね。だから各回の「洗い込み」の水量は少なくします。その前の操作、３ｇのＮａＣｌを溶解させる水の量も少ない方が洗い込み処理が楽ですね。 駒込ピペットまたはパスツールピペットを使用する時に忘れてはならないのが、シリコン製（またはゴム製）のスポイトと、ピペット類を実験台の上に置くためのピペットホルダーです。 このときの注意ですが、撹拌棒が乾かないうちに行います。乾くと試薬がガラス壁にこびりつき、少量の水で流し落とすことが難しくなります。 念を押しますが、ここでは３ｇのＮａＣｌが、できあがり１００ｇの水溶液中に溶解している水溶液を作るわけですよね。つまり１００ｇの水溶液中に３ｇのＮａＣｌが溶けてなければなりませんね。 だから水溶液の重さが１００ｇになるまではせっかく量った３ｇのＮａＣｌの分子を減らすわけにはゆきませんね。たとえどんなに少量で、面倒でも、撹拌棒に付いたＮａＣｌ分子も大切な３ｇの一部です。 |
| 解説：＜実際の手順を頭の中で行い、使う器具を考える続き＞ |
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④ ↓ |
| ⑤ ↓ 撹拌 ↓ 保存瓶に移す ※撹拌棒（③で準備済み） ※保存瓶 （※ロート） 今の状況を考えてみてください。100ml容のビーカー内に３ｇのＮａＣｌが溶けた水溶液が１００ｇの重さで入った状態ですね。これで一応目的の溶液ができたと思いますか？ 違います。④の操作終了後の状態で溶液は均一でしょうか？。溶液は、原則として均一になっていることが前提です（もちろん例外はあります）から均一にするためには、さらに撹拌操作が必要ですね。 最後の操作として撹拌を行います。何を使用しても良いですが、ガラス棒が便利でしょう。 すでに溶けている溶液を、後から加えた水と均一にするために撹拌しますから、コーヒーに砂糖を入れて溶かすよりは楽に撹拌できるはずですね。 さあ、使用した撹拌棒です。どうしましょう。また、撹拌棒の表面にはＮａＣｌの分子が付着してますね。 |
| 解説：＜洗い込まねばならない場合と、洗い込んではだめな場合がある＞ |
| さあ、現在の状況を考えてみましょう。100ml容ビーカー内に３ｇのＮａＣｌが溶けている水溶液が１００ｇあります。まだ、最後に撹拌に使用した撹拌棒が入っています。
この撹拌棒をどうするか？。 このとき、何を考えたら良いでしょう。まず。撹拌棒に付着しているＮａＣｌ分子をどうするべきか、です。③で使った撹拌棒と同様に「洗い込む」べきでしょうか。 |
| 解説：＜水溶液の「濃度」について確認しよう＞ |
| ③の状況と違うところは、すでに３ｇ／１００ｇの水溶液が１００ｇきちんと完成していることですね。ということは、この１００ｇの溶液にＮａＣｌだけ加わったり、水だけ加わったら３ｇ／１００ｇの関係が狂いますね。じゃ水とＮａＣｌが混じった溶液なら加えても良いでしょうか。加えて良いのは、ＮａＣｌと水が３ｇ／１００ｇの割合つまり同じ「濃度」の水溶液だけですね。これっていったいどういう意味でしょうか。３ｇ／１００ｇの「濃度」の水溶液で、この水溶液が１００ｇあれば、この１００ｇの水溶液には３ｇのＮａＣｌが溶けているということですね。５０ｇあれば１．５ｇ溶けていなければなりません。もし、違う「濃度」の水溶液が加わると１００ｇ中に３ｇ、５０ｇ中に１．５ｇの関係が変わってしまいますね。 この溶液のどこを一部とっても、あるいはこの溶液が何倍になっても、もしその溶液が１００ｇあれば３ｇＮａＣｌが含まれるだけの量の溶質を含んでいるのが３ｇ／１００ｇの「濃度」の水溶液という意味ですね。 |
| 解説：＜洗い込まねばならない場合と、洗い込んではだめな場合があるの続き＞ |
| ここでできている３ｇ／１００ｇのＮａＣｌ水溶液は、「濃度」としてはすでに完成しています。したがって、単独でＮａＣｌだけ、あるいは水だけを加えると、「濃度」が変わってしまいますね。これが考える中心になります。 もし、撹拌棒を③の場合と同じに水で「洗い込み」すれば、完成している「濃度」が変わりますね。 じゃ、３ｇ／１００ｇのＮａＣｌ水溶液で「洗い込み」・・・・バーカ無意味だろ！になりますから、④では洗い込みはぜったいできませんね。 蛇足：それじゃ撹拌棒に付いたＮａＣｌは無駄になるじゃないか・・・？その通り。その代わり、大切なことは、ビーカー内の水溶液の濃度が３ｇ／１００ｇのままで、量が少し減少するだけですね。目的の３ｇ／１００ｇの溶液はきっちり出来てます。量が減るのが気になるなら、初めから減る量を考えて、必要量より多めに作れば良い訳です。 |
| 解説：＜保存容器に移すには？＞ |
| １００ｍｌ容ビーカー内に目的「濃度」の水溶液が約１００ｇ出来ましたね。これを実験室で通常使用している保存容器に保存します。保存容器は何を使用すれば良いでしょうか。 ここでは実験指導者が指定した容器を用いましょう。 保存するときに絶対に行わなければならない重要な処理があります。それは、使用する保存瓶に、保存する溶液の情報を必ず表示することです。出来た水溶液を保存瓶に移すとは、この手順も含みます。 表示項目は下記４）で指定してあります。 保存容器の準備ができたら水溶液を実際に移します。どうしましょう。 操作方法は準備した保存容器により多少異なります。口が広い容器に移す場合は、そのままビーカーの注ぎ口から直接入れることができるでしょう。このとき、撹拌で使用した撹拌棒を利用し、ビーカーの注ぎ口に撹拌棒をあてて流出する水溶液を伝わらせて保存容器に移すと、よりこぼさずに移すことができます。 口が狭い容器を使用する場合は、ロートを使用すると良いでしょう。もちろん使用した撹拌棒を添えて使用するのも良いでしょう。こぼさなければいいです。 さあ、保存容器に水溶液がすべて移りました。使用した１００ｍｌ容ビーカー、そうして場合によって使用するロートのガラス壁には３ｇ／１００ｇ水溶液が付着してますね、これはどうしましょう。前の「洗い込まねばならない場合と洗い込んではだめな場合」で考えたとおり、保存容器には３ｇ／１００ｇ溶液が入っており、洗い込むための水が保存容器に混じると、３ｇ／１００ｇの割合は崩れるので絶対にできませんね。これも「洗い込んではだめな場合」ですね。 |
| 解説：＜さあ、実験ノートの記述を完成させよう＞ |
| 一応これで「実際の手順を頭の中で行う」準備は済みました。この結果から、実験ノートを作成し、実際に実験を行うときに活かしてください。ただし、よほど慣れてくるまでは考えたとおりにならないと思っておいてください。 実際に実施したとき、考えていたことと違っていれば、これは次の実験の大切な経験になりますから、必ず実験ノートにわかるように残しておくと良いでしょう。 【準備が必要な試薬と器具】 ※１００ｍｌの反応容器（ビーカー） ２個 ※電子天秤 １台 ※ＮａＣｌ ３ｇ以上 ※薬餌 １本 ※水 １００ｇ以上 ※撹拌棒 ２本 ※駒込ピペット（または同等品＋スポイト） １組 ※ピペットホルダー １台 ※保存瓶 １本 （※ロート １個） |
