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雑誌名 奈良教育大学教育研究所紀要

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奈良教育大学学術リポジトリNEAR

理科教育法と共役する化学概論の研究 ― しっかり した物質観を培かう講義と演示実験の工夫 ―

著者 村上 光博

雑誌名 奈良教育大学教育研究所紀要

巻 23

ページ 1‑12

発行年 1987‑03‑01

その他のタイトル An Introduction of Chemistry which Encourages Students to Develope a Comprehensive View of Materials

URL http://hdl.handle.net/10105/6634

(2)

 理科教育法と共役する化学概論の研究*

一しっかりした物質観を培かう講義と演示実験の工夫一

村 上 光 博**

 (化学教室)

要旨:化学概論は理科教育法と共に、中学校理科一級免許状の為の化学の内容 の根幹であるが、高校の化学学習の上に化学的物質観を培かう内容を積重ねる べきである。地球世界の無機化合物はクラーク数等も参照して、酸化物、それ が酸性、塩基性により造塩したものと云え私有機化合物は植物が太陽エネル ギーの助けを借りてその酸化の反応を逆行させ、更に結合させたもので、再び 燃えてエネルギー源たり得るものである。

キーワード:化学概論、物質観、演示実験

I 緒  言

 教育職員免許法の規定する所に伐れば、中学校教諭理科一級普通免許状取得資格として、大 学に於ける理科に関する修得単位、物理、化学、生物、地学各学科の5単位(実験1単位を含 む)、計20単位と、教職に関する専門科目として理科教育法3単位とが必須である。本学カリ キュラムでは、物理、化学、生物、地学の各概論4単位、各実験1単位と、各学科の教官が分 担する理科教育法3単位が充当されている。元来、「概論」とは その学問の輪郭と研究法の 大体を述べる講義 (金田一京助編、明解国語辞典)とある。化学概論の受講生はその殆とが、

高校での化学は受講したが、本学では化学関係の講義には無縁で来た学生達である。この者達 を、この10年来担任して感じた事は、定義通りの化学の輪郭紹介の話では、学生に眠るなと云  う方が寧ろ酷であり、化学の研究法は実験が根本無二の手段であるが、実験の口述程労多く而  も空々しいものは無い、と云う事であり、更に云うなら、学生達は、化学に関する限り、  楽  しい とか 面白い とか感ずる事なく受講して来たに違いないと云う事であった。恰も、昭

和60年4月から私の研究室に、現職研修として留学して来たマニラ市フィリピン女子大助教授、

A.D,DORIA君が研究テーマの検討に際してr講義中に学生が居眠りして困る。講義の効率 を上げる為に適切な演示実験の工夫をしたい」と訴えて居たのであった。我が国のハイテクノ  ロジー憧憬一辺倒の昨今に珍しく堅実な希望を吐露したものと感心し、又、大いに共鳴した事

*  An Introduction of Chemistry which Eηcourages Students to Develope a   Comprehensive View of Materials

**

@Mitsuhiro Murakami(〃勿κm砺 σ C加m〃期M〃。σ〃〃e73柳 ぴ〃moκ伽)

(3)

であった。

 化学に限らず何事でも、その事が理解出来、その理解が廣がる事は面白いし、楽しい筈であ る。人問には、動物的な色々の慾の他にもこの様な知識慾も潜在している。学校教育の目指す 所も、色々体系づけられた学科、学問の世界、その他人間生活の色々の場で、その知識慾を刺 戟するものの有る事を感知し得る感受性■センスGensibility)一を養なう事にも在ると考 え得るであろう。今、この学生達は少くとも高校化学の洗礼は受けて居るのに、化学の面白味 を感得し得なかった様に見える。化学の学間の輪郭の説明よりも、既に履習した化学学習の中 にも楽しさを見出し得る事への示唆こそが大事だと考えたのである。その示唆は、考え方(発 想)を変え別の視点から見直す事であったり、やり易い分り易い実験を工夫する事であったり するのである。

皿 化学概論への示唆の要点

 1)  燃えるもの 燃えないもの についての経験と考察

   「世の中には、紙、木、油、ガス等燃えるものが沢山ある。逆に土、石、ガラス、水寺燃え   ない物も数多い。これらは何処が違っているのかを小学生、中学生位にも分かる様に説明せ    (1)

  よ。.」これは化学概論の私の時間(2単位)の冒頭に課して来た5分問テストの問題である。

  私が期待している様な解答が得られた事は(再受講した学生は別として)ついに無かった。

  併し私には、小学校6年生の昔、父から教えられた答が生きているのである。父は明治の高   等小学校(勿論理科も習ったであろう)を卒えただけで、生涯、街の豆腐屋稼業を続けた、そ   の時は壮年であった。  知れた事よ、灰はもう燃えないのだぞ。石や土は灰に似ているでは   ないか。ひょっとしたら水も灰みたいなものではないのか。 誠に水も、霜や積って雪にな        かまど

  っている時には、木炭の灰によく似ていた。毎朝竃で石炭を焚き、その残灰の始末に手を焼   いていた問に得られた結論であったのであろう。理科や化学には無縁であっても気の付く事   柄かも知れない。が、私達の尋常小学校理科では6年生で、化学変化や元素、化合物も扱わ        中み  たら

  れていたから私には、いわゆる化学反応が際限なく無闇矢鱈に起るものではない事が意識出   来た。従って旧制中学の化学で化学式を教えられた時、元素の陰性陽性、原子価等の考え方   が、待ち望んでいたものを与えられた様に容易に受容れる事が出来、物質の分子式や化学式   は 考えて捻り出し得るもの と観念し得たと思う。  燃える、燃えない の問題は我々が   幼時から抱く筈の素朴な疑問である。それが理科を学習している問に、段々と解決出来て行   くのであれば理科学習に楽しみが持てると云うものである。序で乍ら学生の答案は、増しな   もので 酸素が化合する可能性の有るか否かに依る とか、常識的なものであろう 成分元   素に炭素を含んでいるものなら燃える (本当に炭素を含む化合物で燃えるものなら、炭素よ   り多くの水素を含んでいるのだが、水(H20)を考えて、  水素を含んで居れば燃える と   迄は遠慮したと見える)と云った体のものが大部分であった。炭素を骨格とした有機化合物   は確かに皆燃え得るが、燃えるものが有機化合物ばかりではない事も余りに判然としている       .

  から、これではやはり不充分であり、又、何故酸素が化合する可能性が無くなるのかを問うて

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いるのである。

2)地球世界ではどんな化合物が存在し得るのか、又どんなものが多いのか。

  中学理科から高校化学にかけて、90余種の元素が互いに化合して宇宙の万物を作っている 事を知らされる。併しそれら元素、化合物の中のほんの一握り程度のものについての各論が 紹介されているだけなので、これを基にして他の元素や化合物の有り様を推論するのは無理 である。高校で周期律表を示されると、90余の元素の全部が同等に存在を主張し、てんでに 化合すると感じて了うのではないか。従って取止めなく千差万別な無数の化合物が形成され  ると合点し、その複雑多岐(のように見える)に見える予想の為に、■考えて理解して行く

事 を諦めて了うのではないかと思われるのである。この講義の最中に、色々化学に関係あ  る日常現象や、よく知られている物質等についての知見を問うてゆくが、答えられないのが・

常、但し正解を説明すると あ・あの事か あ・アレか となるのも毎度である。正解と  なる事項のキーワード的な用語や術語は盛にひけらかしはするが、正常な文言には為し得な  い、理解が極めて曖昧なのである。先進各国の9才、14才の児童、中学生の算数と理科の学

力テストでは、日本の少年達は世界に冠たる成績であると聞く。併し我々が扱かう学生から         うかが は到底その片鱗は窺えないのである。特に化学では低いのではないかと思う。その理由は、

考えて理解しそれを組立て、行く努力を詰め、眼前に必要なもの(試験等で)は少数故暗記に か、って了うのではなかろうか。これでは自然界の理法が理解出来た喜びは味わえまい。

  我々の地球世界にはどんな元素が多いのか、その結果どんな化合物が幅をきかす事になる のだろうか。この事の解答には、クラーク数(CLARKE mmber)と云う研究成果が知ら       』う

れてい乱高校化学では扱われないのが残念なのだが、前述の蒙を啓く大事な鍵と云えよ九

       1{う      お

 この数値を得る為には鷹大な化学分析を結集しなければならぬ事は一旦措くとして、結果の 値を睨むだけで色々有益で面白い帰結が得られる筈である。

  表に載っている夫々の元素は、地中の岩奨(Magma)の高温高圧の中で反応し得る限り 反応した最終生成物とも云うべき化合物(極々一部のものは単体の儘)になって地表世界に  出現し、長い風化に堪えて来た訳である。(前述した 燃えないもの となっている筈であ  る)。一番多い(残りの元素の合計に匹敵する位の量)のは酸素である。而も酸素は化学的

活性もA級(これより強いのはフッ素、塩素等ハロゲン類元素だけ、併し量は段違いに少な  い)の元素であるから殆んど凡ての元素はこれと化合し、マグマの中で燃えて灰になって出  て来る。それでも酸素は余って大気中にも相当量存在し、地表の 燃えるもの (人工の物 でなければ凡て有機化合物と云ってよい)を燃やし、重要な蔭のエネルギー源になっている  のである。

  化合物で云うなら、殆ど凡ての元素は酸化物になって出て来る。元素の素性によってその

酸化物が酸性(非金属元素)、塩基性(金属元素)を持ち、マグマの中でこれら灰同志が今

一度中和反応をして塩(イオン結晶性の化合物、高温に熱しても有機物の様に分解して雲散

霧消の様な形にはならず融けて液体になり、電導性を持ち、電気分解も可能になる物質)に

 なる。酸、塩基、塩の辺りは中学、高校でも化学の主要テーマとなって来た部分である。2

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番目に多い元素、珪素の酸化物Si02は酸性を持ち、金属元素の酸化物とマグマの中で造塩  したものが珪酸塩として地殻を形成している。種々の金属元素の珪酸塩は造岩鉱物と云われ、

岩石の中の結晶物質である。重量%では酸素より遥かに少ないが1個当りの原子の目方が軽 いから、原子数から云えば水素は酸素に匹敵し得る存在である。従って元素の水素化物(水素 の化学活性も酸素に近い)も多量に生成する訳だが、塩基性を持つNH3、酸性を持つH2S、

およびHClがマグ〜中で造塩して高温に耐える以外は安定化せず、大部分の水素はH20にな って出る。塩化物は水に溶けるのが普通で海水中に移り、硫化物は珪酸塩とはマクーマ中でも 混合し合わないので冷えて固まる時一ケ所に集中した形になり所謂る鉱床を形成している。

H2Sと造塩した金属元素には、存在量は微々だが、人問世界に色々活用されて居る所謂る重 金属が多数属している。Fe,Cu,Sn,Pb,Zn、α、Hg,Mn,As,Sb、…これらの 金属は高校でも各論として扱われているものが有り、学生の あ・アレか、アノ時こんな事        くだり を考えられたらどんなに面白かったろうか と云う嘆声を聞く件である。

 無機の化合物は、酸、塩基、塩として扱えるので、それらの化学式は各元素の酸化数に依 って走った型になるので、周期律表を睨んで元素の酸化数を知れば化学式は導き出せるし、

酸性、塩基性の強さから色々な化学性も類推が利くものである。なお、元素の酸化物の酸性、

塩基性は、水溶液や、水酸化物の場合の様にH+(H30+)、OH一の作用に結び付けられない。

 C02+Na20→C032一十2Na+  Na20はNオとび一のイオン結合で、解離して02一を        出す傾向は強い。

      C02は02 を受容れてC08一になるカは弱いがNa20        に遭うと完全にC032■になる。

 CuO+S03 →Cu2++SO〜一  CuOはCu2↓と02一の結合が強過ぎ、殆ど共有結合        に近い。併しS03が強く02一を引きつけるので、Cu2+

       とS042一になり、イオン結合のCuS04になる。

 CuOは水に溶けない。(イオン結合とは云えぬから)併しS03程ではないにしてもH+は 02一としてOの部分を引出すカは強い。CuOに酸を加えると(例えばHC1ならCuC12;イオ  ン結合、水に溶ける)塩と水とになる訳である。Na20はH20にも02 を押付け、H20+

02一→20HLとなるので、水に溶けてNaOHになる。CaOは同様なカは極めて弱く、0.1

%程が水と反応してCa2+と20H とになる。CaOは余り強くないアルカリ性(OH一の反応 性)を示し、上のCuOはアルカリ性は無い(水に溶けぬ。従ってOH一は出来ぬ)が、H+と        や は反応したり、02■を与えたりするから塩基性は有ると考える。この様に、02■の遣り取り

で酸塩基反応を解釈する事は便利な考え方と云えよう。

3)  燃える と云う反応を見直す

 大気中で物が燃えると(普通は有機化合物)煙、夕一ル分、炭、灰とC02とH20が出来 る事は誰でも知っている。空気を充分に送れば煙、夕一ル分も燃えてアう事も気付くである  う。煙やタール分はその可燃物が熱分解してより小さな分子の化合物(燃焼反応の中間生成

物、多分有機化合物)になっている。灰と一緒の炭の部分も同様に燃える筈である。完全

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燃焼させれば、C02,H20、その他の酸化物(灰は酸化物が固体であるもの、集合と云え る)になる。化合物の成分元素が各酸化物になっている。 (例外的に酸化物になり難い元素 もある。例えば窒素、ハロゲン元素、一CN分)。酸化物は酸性か塩基性を持つので、夫々ア ルカリ溶液、酸に溶けて成分の元素は陰、陽のイオンに電離した溶液になる。イオンを含ん だ溶液は、色々の試薬により特有の反応を示す事が多いので、 燃える物質 の成分光索は イオンとして分析検出が可能と云う事になる。

  燃える と云う現象は誰もが馴れ親しんでいる事である。燃えて出来た酸化物群を捉え れば化学分析が出来ると云う事は、出来るだけ早く生徒達に意識させたい所であるのに、煙 や夕一ル分の伴う事から複雑そうに見えるので敬遠して来たのであろう。近年喧しくなった 大気汚染公害物質がどの様にして現われるかを、本学の入試の問題にしようとしたら、高校 で扱って居ないから不適であると注意された事があった。

 金属が錆びると云う事は酸化物の生成である事も早くから教えられている。空気中では殆 ど錆びない(即ち少しは錆びる)金属も酸素気流中で、又、より高温に保てば結局燃える事 になる と云う事も考えつくであろう。金や白金は空気中では錆びない。併し酸素より強い 酸化カのある元棄(例えば塩素やフッ素F)や化合物にか、ると錆びる様である。王水(濃 いHCIとHN03の混液)の中では酸素より強い酸化カのあるNOC1(塩化ニトロシル)が出 来でこれが金や白金を錆びさせ.(塩基性化合物にし)次にこれをHClが中和(水に溶け易い 化合物、塩にする)金や白金の塩化物が出来て溶けていると云われる。

 地球は水と酸素の惑星であると云われる。凡ての物は酸化物、更にそれらの塩になって、

(燃えない物になって)落付く。もしフッ素F2とその水素化合物HFとの惑星が有るとする と、その世界では、地球に蓄積された灰(酸化物や塩)、否地球そのものすらが全部燃料と して使える事になる。F2の大気中では酸化物は燃えてフッ化物(その代表的なものがHF であったのである)になり02は遊離する(OはFとは余り安定な化合物を作らない由で、こ れはOとCIが同様な事と同断である)筈である。面白い事と云うか、悔しい事を云うべき か。Fのクラーク数はO.03%(]7位)である。

 有機化合物が燃えると主に、C02とH20とになる。 この逆の反応を植物が、太陽のエネ ルギーを使って光合成として遂行して成長繁茂している。 (そして永年の間に化石燃料にも なっている)。食物として消化(酸化)され、ば他の生物のエネルギー源にもなる。燃料を 使って人間は多くの地下資源(酸化物等)を還元して色々な製品を得ている。又、電力等も 発生させて更に強い還元作用や酸化作用(電気分解)を駆使して種々の物資や仕事を得てい るのである。

I皿 教示実験についての工夫

       ねが

  講義の進行中に、学生達に何とぞよく見て得心して貰いたいと希う化学反応や試料、現物等

 が登場して来るので、自然に講義室にアルコールランプ、試験管、試薬等の小道具を提げて出

 る様になった(溶液の試薬は市販の点眼薬容器に、固体試薬は写真フィルムのヶ一スに容れて

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置くと便利である)。講義とは別個のトピック的なテーマでも、化学実験に馴染の少ない受講生 にとっては有意義に思える。手近な物々から色々の物質を検出する場合が多く、学生が化学実 験の単位で一部実習している定性分析の手法を使うので反応は簡単で分り易く、短時間に結果 が見られるので好評であった。思いついた時に気軽に実検、強して見る姿勢を大いに教示した 積りである。

1)簡単で手近な水素の実験

  水素は単体でも、化合物中に含まれていても、燃えるとH20になる事は 燃える を考え  る第一着手で、小学生にもC02と同様知って欲しい所である。キップの装置を使えば、安全  に安定して教示実験し得るが、何と云っても仰山で、万一(誠に万々が一であるが無いとは  云えぬ)爆発事故が起ったら被害が大きいと云う不安がある。無闇に出廻っているA1箔と  10%位のNaOH溶液で、試験管規模で行えば、この不安もなく簡単である。

       (        胤

      銅伶

         !シヤボ、

丸めた    1ン玉ノ

A〜箔、・     

         

  NaOH

       (図1)

      き世君

 内径12㎜位の成可く長い試験管に(図1)の様なガス発生管、シャボン玉を作る為の煙管 型の口を作ったガラス管を用意する。A1箔は27㎎で約33.6〃のH2が発生する予定だから、

試験管容積の4〜5倍位発生させると、発生口に点火して燃やす実験は出来る。 (点火の場 合は図の様に小試験管を被せての間接点火法に依ること。初の中は小試験管のH2に点火する

と爆鳴、爆発する事も見られる)。H2癸生口のガラス管内に細い銅線をラセンに巻いたもの を挿入して防爆用とする(何回かバックファイ斗一引火を阻止し得る)。発生口にシャボン 液を附けたキセル型ガラス管を被せて連結し、シャボン玉を飛ばす。

 AlとNaOHの反応は初は鈍いが(5〜6秒温めると)始まると加速度的に刺しくなるので、

必要ならビーカーの水中に浸たす。A1箔は(25♂位で100m附になる)丸めて紙玉状にして 使う。発生口を製しないで手指で暫く塞ぎ、や・圧かか・った所で炎に近づけると試験管口、

管内で燃えるのが見られる(ガラスの炎色を伴ない黄色になる)。全く同様の手法で、蟻酸

ナトリウム(HCOONa)と、濃硫酸を加え、少し温めてCO(一酸化炭素)を発生させ青紫

色炎を印象付ける事も出来る。

(8)

2)土の成分を浸出し、金属イ}ンを検出する。

  砂や土は、溶液の酸やアルカリでは殆ど変化ない様に見えるが、金属酸化物分は6N位の 硝酸、硫酸によりFe3+、A13+、M〜十は定性分析の手法で検出し得る程度には浸出可能の様  である。

プラスチック鍔

       (図2)

a 6N硝酸による浸出(図2)

  試験管に少量の(米粒2〜3粒分位の容積)の土を採り、3〃程酸を加え、小炎上にか  さ一し図の様にプラスティック板の鍔をはめた撹伴棒を挿入して1〜2分加熱を続ける。撹

梓をする限り、突沸はしないから試験管は振る必要はない。浸出液を炉し取り、少量宛を 採ってK4Fe(CN)6による南十、NaOHを充分加えて沈殿を炉去、炉液をHC1で酸性に 戻してから再びNH3でアルカリ性にして、褐色綿状沈殿、アルミノン試薬による蕎赤沈殿  の反応等でA13+、浸出液にビスマス酸ナトリウムの褐色粉末を加え濁濁、上澄部分のMnq        (2) 赤紫色を検するM〜十、は殆ど何処の土からでも反応が見られる。

b 硫酸水素カリウム固体との酸溶融浸出

  KHS04固体を試験管中で加熱を続けると210℃で融け液体になる。この中では高温で、

 S03に依る酸性が働くので、硝酸の場合より金属成分が溶け易い。この手法に依ると、

 Fe『、A13+、M㎡十の他Tiq分も溶出してTi(S04)2となり希硫酸に溶出する。Ti(S04)2は 純水には加水分解してTi(OH)4とH2S04になろうとするので、これを防ぐ為、H2S04  添加の水を用いるのである。a)と同様土を採り、KHS04固体1〃分位加え加熱溶融す  る。更に3分位沸騰を続けると、Fe分の溶出した様な黄着色が起るが、上そのものは必  しも溶ける程には見えない。冷すと元の白色塊状になる。充分冷めてから水と希硫酸を少  し加え、内容を溶かす様に温める。2KHS04→H20+K2$07,K2S207→K2S04+S03,

 A1203+S03→A12(S04)3,Ti02+2S03→Ti(S04)2、反応し切らず残ったK巳S04,

 K2S04は余りよく水に溶ける方でないから、残った土と一所に沈殿するかも知れない。炉

 液をTi4+の検出に用いる。

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 Ti4+はH202(過酸化水素)と橿黄色可溶性の錯化合物を生成する。この反応は余り他 の共存物に妨げられる事が少ないユニークな反応である。Tiは近年の新素材耐熱合金を作 る時必須の貴重な金属であるが、実はAlと同様、殆ど何処の土にも少量は分布されて いるものである。耐熱合金の他、Ti02は安定、堅牢な白色顔料として化粧品、塗料にも          おしろい

広く使われている。白粉や乳液、道路標織の白線の塗料も面白い試料になる。HN03や、

H2S04の溶液では反応かよく分らないが、この方法に依ると鮮やかに捉え得る。Ti(S04)2 硫酸溶液を用いてH202のテストもやれる。発癌性食品添加物と取沙汰されたH202は Ti(S04)2により検出出来るしオキシドールの効力テストもやれる。

      珪酸塩十Na2C03       K2C03

       ステンレス箔髄

鞘バーナー

      (図3)

 c.土の成分からSiの検出;アルカリ溶融(図3)

  土の主成分のSi02は余り酸性が強くないので容易には02■を取込んでSi032一になり溶   出されないが、高温で溶融したNa2C03(Na20斗C02)、NaOHの中ではNa20の強い02一押   付けカ(強塩基性)に負けてNa2Si03(Na20+Si02)になり水可溶となる。但し、この反        るつ.壬

  芯を起させる容器はガラスや陶磁器では不可である。従来は白金やニッケルの坤堀が用い   られた。又、溶融温度は800℃位で、通常のガスバーナーでルッボの様な嵩の大きい物は   なかなかこんな高温にはなり難いのである。(ガラス棒やPt線の尖ならもっと高温になる   と思われる)所が最近生産市販になったステンレス箔(m,p.1400℃以上)は誠に好都合な   容器になる事が分った。(ステンレス箔、日本電球工業(NilaCO,CataNα753245厚

  O.03㎜))。

  土の成可く細かい部分を米粒5〜6粒分位採り、これに2〜3倍容のK2C03,Na2C03   (lO:7混合)粉末を混和、ステンレス箔樋10㎝×2㎝の端に堆み、箔の他端を手で待って   (手袋装すると尚可)輪バーナーの小炎で加熱する。混材はすぐ融け、土が浮遊している   形になるが、全体が一様に見える様になる迄(5分以.1二。成可く長い方が望ましい)加熱を   続ける。加熱を止め、冷やし、蒸発皿の水の中に浸け、湯煎上で温め、融塊部分を溶かす。

  土の細粉らしいものが少し残るが(これは酸を加えると溶ける)炉去、炉液を蒸発濃縮を   続ける。液が粘り気を帯び飴状になる。水ガラスと呼ばれる物と類似のものが得られる。

  酸に溶けた部分は、金属分である。 (Fe,Al,Ca等の酸化物)。

3)植物灰の成分の検出

  前述の土の処理と同様に、完全に酸、アルカリの溶液では溶かし切れないが、純水に溶け

 る成分もかなり多く、植物の成分と称されている元素中比較的多いK+、Ca2+、Mg2+、M㎡十

(10)

A13+、Fe3+、P,S,N,C1等の検出は容易に出来る。 植物灰としてはタバコの灰が便 利であるが、この場合、タバコの巻紙の灰も混じる事に注意が要る。紙のサイジング材料に 従来硫酸アルミニュームがよく用いられる由があるが、植物の成分としては極く稀な筈の

AI3+が容易に検出され過ぎる感じがする。

a)水で浸出:古来灰汁(アク)として洗い物等に用いられた液と同じものが得られる訳で  あるが、鍔付き撹拝棒でよく撹伴し乍ら暫時沸騰させた上澄み部分を揺ればよい。残潜分  は水と共に残し、次に6NHN03を少し加えて、又浸出を行ない、これは炉別して炉液を

 採る。

  水浸上澄液は少し宛採って、OH一(フェノールフタレン)、C032一(稀HN03を加えた時  の発泡C02を見る)K+(亜硝酸コパルチソーダ溶液と、黄色細沈殿生成)Cr(HN03と  AgN03による自沈)S042一(HN03とBaCI2、自沈)N山(ネスラー試薬の黄褐色橿濁)

 で各個に検出するものである。

b)硝酸浸出1Fe3+、Mn2+は土の場合と同じ、P0431(モリブデン酸アンモン(N則)2Mo04  で細黄沈)、PO打の反応は一部をとり、沸騰する位に温めてから(N印)2Mo04溶液1〜

 2滴々加する。ガラス棒で試験管内壁をよく捺するとよく沈殿が析出する。硝酸浸出液の  残部を、N則C1結晶を少し加えてからN恥でアルカリ性にすると、自沈A1(OH)3を得  る。炉液を採り、HCIで酸性とし、酢酸アンモン(N印Ac)結晶を加えて酸性を弱くし  てから修酸アンモン(N1出)2C204溶液1〜2滴、白い粒状沈殿CaC204を得る。 この炉  液をNa2HP04溶液ユ〜2滴、N晒でアルカリ性にして放置すると、結晶状の自沈NH4  Mg P04・6H20を得る。と云う様に、定性分析の手法を駆使して充分各成分を検出し得

 る。

摺処

NaOH

 5%

       (図4)

4)青酸カリKCNの実験

  常に悪名高い猛毒青酸カリは、名前位は高校化学にも出ているが、紙上を賑わしている程 にも学生は知らない。敬遠して詳しい事は知ろうとしていない様に見える。

 a)メッキにはどうしてKCNが必須なのか

   硫酸銅CuS04の色のつく程度の溶液を作る。これに磨いた鉄線を突込むと、直ちにCu

  が析出して針金は銅メッキされた様にむる。併しこれは指で捺すると剥がれて了う。 Cu

  S04溶液にKCN溶液(5%)を加えると、初は黄緑色の沈殿が生ずるが、KCNを更に加

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えると沈殿は溶けて無色透明の溶液になる。此所へ鉄線を突込んでも今度はCuの析出は 起らない。この溶液からCuを析出させるには、鉄線を陰極として電気分解しなければメ ッキされない。この様にして析出したメッキは丈夫で実用に堪えるのである。色々な卑金 属に施して丈夫なクロームメッキ(Cr)は直接にFeやPbやその他に丈夫に付かない。

Cuメッキは非常に強く付く、其所で卑金属に先づCuメッキの下地を作って置いてから クロームメッキを施すのである。Cu2+がFeやPb等のイオン化傾向に負けて析出するの を、CN■によりCu(CN)〜一として析出し難くして置く訳で、この作用はCN■でないと 果せないのである。 (錯化してCu肘をマスクすると云う)

 CN一の検出 KCNの極めて希い溶液に、少しNaOH溶液を加えてアルカリ性にする。

此所へ硫酸第一鉄FeS04の結晶を少し加えてよく振り溶かす。黒い沈殿Fe(OH)2,3と、

黄色上澄みの混った状態になる。これに希硫酸を加えて酸性にすると、青インク様の沈殿 及至は着色を生ずる。

{・ト・ (・・)1江・ (・・){鼎・曲I(・・)・(青藍色)

 Fe(CN)64■の生成迄の反応はアルカリ性でないと進行しないし、次のFe3+はFeS04中に 含まれ易いし、Fe2+はアルカリ性で一部Fe3+になる。次に沈殿の出来る反応は酸性でな いと進行し難い反応なのである。

b)アクリル樹脂の熱分解によりHCN(ガス)の生成する事(図4)

  アクリル合の毛糸を鋏で刻み試験管に採る。ガス出入管を付けた栓をし、生成ガスが  NaOH(5%)の溶液に吸収される様にセットする。バーナーの小炎で毛糸を乾留して行  く。樹脂は融けて盛に発煙する。この煙を注意し乍らNaOHの溶液に受けるのだが、加熱  が弱くなると液が逆流するから、バーナー炎は底だけでなく、管口の方の凝縮分迄よく熱  して充分ガスを出させる。ガスの発生が止んだら、NaOH溶液中にFeS04結晶を投入し  て上と同様にしてCN一を検出する。

  この実験を行なう時、乾留分解を促進させる積りで酸化剤としてCuO(酸化銅黒粉、Oを 供給する働きをする)を添加した所、熱分解はスムーズに進行した様であるのにCN一の反  応は全く出ないのが常であった。考察するに、HCNは常温で液体、27℃付近で気化、濃  い時は空気中で燃えてC02,H20,N2になる反応も起るのである。CuOで02供給したのが仇  になった様であ孔実際この実験を行なう時、試料の毛糸が少ないとCN一の反応が出難く  なる事も分った。試験管に残留していた空気により発生したHCNが燃えて減少する、 と

      つま       店 や       くずふ

 考えると辻棲が合う。ほんの小火の様な火災でも、化繊衣料やアクリルの調度や塗料の煽  りでHCNが発生する危険がよく分る実験である。猶、致死量O.169のKCNは米粒で7〜

 8粒分であり、5%の溶液を指につけた位の目方は20㎎以下で、KCNの実質量は1ηあ  るかどうか位の量である事、水で洗い流せば痕跡も留めない事、溶液でも結晶でも空気中  のC02と水分とで分解してHCNが揮散消滅してK2C03になって了う事も考えつかせ、

 NaCNを使わぬと成立たぬメッキ工業、HCNを原料に使って華麗な化繊工業の在る事を

 よく承知して、危険物を唯怖れて敬遠する事は愚かな事である事も納得して貰わねばなら

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 ぬ所である。

5)手近な材料で見られる化学反応の例       し争ち

 厳めしい実験室で饒こぱって実験した化学反応は、ともすれば門外不出にされ応用され難 いのではないかと思う。日常生活の場に、理科室で得た知識経験が随時随所に生かされ、更 に新しい知見に到達する事が少ないので、化学の学習は特に、退歩忘却が酷い様に見える。

又、化学試薬即劇薬、近づく可からざる物と云うアレルギー症状も募って行くであろう。そ  ごて次の様な実験を敢て実演している訳で、まだまだ検索工夫して行きたい所である。

 a)昆布からI2を検出する:I2の溶液でデンプンb検出は小学生でも親しんでいる。これ   の逆の実験の試料は海藻(褐藻)しかないし、又含量も比較的多いから確実に成功する。

  含まれているのはI■の形であるから、これは酸化しないとデンプンと反応しないし、 こ   の酸化の反応も酸性に保った上で行なわないと、生成したI2が、I2+2㎝一→H20+

  I一十IO となって消費されて了う事に留意すべきである。

   昆布(又は養書)の煮出し汁(アルカリを少し加えて煮ると可溶分がよく浸出される)

  に充分酸を加えて酸性にし、事務用糊(飯粒や片栗粉も可)ユ滴分位を温水で溶いた液を加   え、よく混和した上にオキシドール(H202)2〜3滴(又は漂白洗剤微量一毛細管ピペット   に1〜2滴)を加えて置くと、次第に赤紫乃至青色が広がって行くのが見られる。漂白剤   はかなり強いアルカリ性溶液故、酸性が不充分だと色が消える事がある。酸は食酢でもよ   いが、希硫酸なら確実である。

 b)乾燥剤(生石灰)のアルカリ性を利用してN恥、H2の発生の実験:煎餅や千菓子に添   えられている乾燥剤は生石灰をその儘使っている様である。一方乾電池(アルカリ電池で   ないもの)は電解剤としてN印CIが含ませてある。一緒にMn02(廃品ではMn203や   MnOになっていると云う)やCがあるが、N1北の発生には無縁である。白、黒の粉末の   両者を混和して加熱すればNH3↑を起し、巣もするし、湿した赤色リトマス紙を青変する。

   削り節(だし用の干魚)の1片に、CuOと乾燥剤とを混じて乾留しても同様にNH3を   検し得る。ナイロン片を同様にすると、煙分が濃いので希硫酸に吸収させてネスラー試薬   に依ると検出できる。

   A1箔とNaOHでH2を起させる時のNaOH溶液の代りに、重曹(NaHC03)と乾燥剤の   CaOを混じて水に混濁させて加熱すると、苛性化されてNaOHを生ずるので、A1箔を溶   かしてかなりの勢でH2↑を起すので試験管口で点火して比炎を見る事が可能である。

 C)炉紙から活性炭素を作りアントシアンの脱色:活性炭の代用品としては里芋の葉柄の乾   燥したもの(ずいき)に点火して線香様に燃やし生じた炭(白い灰には余りならない)が   極めて優秀で、極く希いHC1溶液で浸出した花びら等のアントシアンの紅い液を容易に   脱色するが、紙を乾留した炭粉では殆どこの効果は無い。併し、ZnC12、(ZnとHClで   助の実験をした廃液に溶けなくなるまZnO粉を溶かし炉過、炉液を湯煎上で煮詰め、粘   り気が生じて来たもの)の濃い溶液を浸ませ、暫らく置いてから引揚げ、蒸発血中で150℃

 の定温器で乾燥させると炭化する。この炭素粉はアントシアンの脱色に極めて有効であっ

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た。尚、このZnC12に浸して数時間置いた炉紙片をI2溶液に浸すと、デンプン類似の青

〜黒紫の着色を示す事も見られる。何か関係があるのであろうか。

 (NH4)2Mo04溶液とHN03酸性とでP043一を検出した手法に依れば、マッチ箱の摩擦面 にPが含まれている事、(赤燐は希HN03と加熱されると伐P04を生成する)、小魚の骨 の1片も、主成分がCa3(P04)2であるから容易にP043■の反応を示す。併し、粉ミルク、

洗剤等に含まれると思われるポリ燐酸塩はその儘水に溶かしてHN03処理しただけでは黄 沈は見られなかった。 (灰化しなければならない)。

 何れにしろ、定性分析の手法は、患いついた時に手軽に実用出来て、数多くの化学反応を 実検する事が可能であるから、実験に別れ、現象について考え、化学の面白味を感得して 貰うのに極めて有効であると云える。

1V 結  語

  地球世界では、元素は先っ酸化物になり、その酸化物は元素の素性により酸性か塩基性を持  ち、次で造塩する。有機化合物は、太陽のエネルギーを使ってその酸化の反応を逆行させ、更  に結合させる生物(植物)の神秘なカの産物であり、再び酸化されてエネルギー源たり得る。

 この様な考え方を基にすると、少くとも無機の化合物の化学式や化学的性質の大凡を考える事  は、考えて理解出来ぬ(暗記で誤魔化し当座を凌ぐ)様な事でなく、寧ろ面白く楽しくなる筈  のものである。この上に色々反応エネルギーに関する知見を得ると色々な反応の起り得る事が  予想されるようになるが、反応生成物たる無機化合物の型は酸、塩基、塩(或は酸化物、ハロゲ  ン化物、硫化物)で、これも考えて分かるものである。この様な物質観の筋を通して講義し、

 それを彩る簡単で短時間に結論が得られる演示実験を添えて、化学反応、化学物質、実験様作に  も馴染む様に仕向ければ、化学の面白さが分って貰えるであろう。教壇に立つ時、少くとも化  学を 面白い、楽しい と云う気持を持って指導に肖る事が望めるのではないだろうか。

  この研究を纏める上で、色々演示実験の工夫に助言や験証を繰返して援助して呉れた卒業生  の諸君、フィリピン女子大助教授Amello D DORIA君、王聖科教育教室池尾和子先生にあ  らためて感謝致します。

参 照 文 献

ω 村上光博  理科教材研究 の研究  奈良教育大学教育研究所紀要 17号(1981).43〜50.

12〕村上光博 簡単で鋭敏なマンガンイオンの検出反応  化学教育 v0134−2(1986).166.

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