今回も引き続き理科の解説をしていきます。私が学生の時は夏休みの宿題にいつも自由研究がありました。こういうのって毎回ネタに困りますよね。
まだ覚えている当時の自由研究でミョウバンの再結晶があったのでちょっと紹介します。ミョウバンを熱した水に溶かして、その水溶液を木の枝などを入れたビーカーに入れます。そのビーカーを放置して水溶液の温度を下げると、ミョウバンが木の枝に結晶となってくっつくのです。これを真夏の雪景色なんて題にして提出していました。
水溶液の性質を利用した実験ですね。
今年の夏休みはもう終わってしまいましたが、こういったネタは自由研究で使えると思います。結構簡単にできるので、興味がある方はやってみてください。
この記事をご覧の方には勉強のコツ｜理科編-学習する内容を明確な作業にする事例集も参考になります。
物質のすがた
物質には区分があります。理科では大きく分けて有機物と無機物に分かれています。また、無機物を金属・非金属に分類しています。それぞれについて一通り説明しておきたいと思います。
有機物とは
有機物と無機物に物質を分類するのは、昔の理科の研究の名残ですが、現在でも概ねこの区分けは有効です。昔は有機物は人工的に作ることが不可能とされていました。つまり人体や生物に関わるものを有機物と分類しています。
有機物とは燃やすと二酸化炭素が発生する（炭素を含む物質）もののことです。ただ、二酸化炭素に関しては、炭素が含まれていますが燃えないので無機物と分類されています。
この辺りが少し混乱してしまいがちですが、覚え方としては、炭素を含む物質の中で人体や生物に関わるもののように、複雑な構造をしているものを有機物と呼んでいるという認識が一番だと思います。
無機物とは
無機物は有機物とは反対の位置づけになっています。つまり、生命に関わらないような物質のことを無機物と呼んでいます。
石や鉄、ガラスや塩など、私たちがただの「もの」として捉えるものが無機物と分類されています。
二酸化炭素や炭素は無機物に分類されていますが、基本的にそれ以外の無機物は炭素を含まないものとなります。
金属とは
金属といえば鉄を思い浮かべる人が多いと思います。金属には3つの性質があるので、ここで覚えておくのがいいと思います。
- みがくと光る（金属光沢）
- たたくと延びる（延性）
- 熱や電気をよく通す（電気伝導性）
金や白金などはみがくと光るというイメージですぐに思い浮かんだのではないでしょうか。金属は金属光沢と呼ばれるみがくと光る性質があります。
また、刀鍛冶などを想像すると分かりやすいですが、たたくと延びる延性も金属の特徴です。石やガラスなどはたたくと割れてしまいますから、これも金属の特徴の一となります。
また、電線に使われる銅やスマホなどの携帯電話に使われている金のように、熱や電気をよく通す性質があります。
真夏に鉄でできた柵が熱くなっていてうっかり触ったらやけどをするなんて話はたまにありますが、真夏にプールに入ろうとしたら沸騰していて大やけどしたなんて話は聞きませんよね。金属は熱もよく通す性質があります。
非金属とは
非金属とは無機物の金属以外の物質のことです。石やガラス、塩（食塩）などが代表的です。
有機物の見分け方の実験｜石灰水を利用した実験
有機物かどうかを見分ける実験として、物質を加熱して二酸化炭素が発生するかどうかを調べるというものがよく問題として出題されます。
例として挙げられることが多いのが「食塩」「砂糖」「かたくり粉」などです。二酸化炭素が発生したかどうかを調べるものとして石灰水を利用することが一般的です。石灰水は二酸化炭素を含む気体と混ぜ合わせると白くにごる性質があります。
ちなみに、食塩は熱してもパチパチと音を立てるだけで燃えません。砂糖とかたくり粉は焦げて炭に変化します。また、気体には二酸化炭素が含まれているため、石灰水も白くにごります。
気体の性質・製法と集め方
中学の理科でよくでてくる気体の性質・製法と集め方を一覧表にしておきました。
気体の性質一覧表
| 気体 | 色 | におい | 空気との比較 空気より |
水に溶ける | しめらせたリトマス紙 | 集め方 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 水素 | なし | なし | 軽い | △ | 変化なし | 水上置換 |
| 酸素 | なし | なし | やや重い | △ | 変化なし | 水上置換 |
| 窒素 | なし | なし | やや軽い | △ | 変化なし | 水上置換 |
| アンモニア | なし | 刺激臭 | 軽い | ◎ | 赤→青（アルカリ性） | 上方置換 |
| 二酸化炭素 | なし | なし | 重い | ○ | 青→赤（酸性） | 水上置換 |
| 塩化水素 | なし | 刺激臭 | 重い | ◎ | 青→赤（酸性） | 下方置換 |
| 塩素 | 黄緑色 | 刺激臭 | 重い | ○ | 青→赤（酸性） | 下方置換 |
※水に溶けるの部分：◎非常によく溶ける、○溶ける、△溶けにくい
気体の製法・集め方一覧表
| 気体 | 製法 | 集め方 |
|---|---|---|
| 二酸化炭素 | 石灰石にうすい塩酸を加える | 水上置換 |
| 酸素 | 二酸化マンガンにオキシドール | 水上置換 |
| 水素 | 亜鉛にうすい塩酸 | 水上置換 |
| アンモニア | 塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混ぜて加熱 | 上方置換 |
気体の集め方とその特徴・代表的な気体
| 気体の集め方 | 概要 | 代表的な気体 |
|---|---|---|
| 水上置換（法） | 水で満たした試験管に集めたい気体を送りこむ。 水に溶けにくい気体は水上置換を利用する。 この方法で集めた気体は純度が高いものとなる。 |
二酸化炭素 酸素 水素 |
| 下方置換（法） | 試験管の底の方に気体を送りこみ、 空気より重い気体を集める。 水に溶けやすく空気より重い気体はこの方法で集める。 |
塩化水素 |
| 上方置換（法） | 試験管の上の方に気体を送りこみ、 空気より軽い気体を集める。 水に溶けやすく空気より軽い気体はこの方法で集める。 |
アンモニア |
水溶液の性質
水溶液とは：水（溶媒）に食塩などの水に溶けるもの（溶質）が全体に均一に行き渡った状態のことです。
水溶液の性質一覧表
| 酸性の水溶液 | 中性の水溶液 | アルカリ性の水溶液 |
|---|---|---|
| 塩酸（塩化水素+水） 炭酸水（二酸化炭素+水） |
食塩水（塩化ナトリウム+水） 砂糖水（砂糖+水） エタノール水（エタノール+水） |
水酸化ナトリウム水溶液 （水酸化ナトリウム+水） アンモニア水（アンモニア+水） 石灰水（水酸化カルシウム+水） |
| リトマス紙：青→赤 ＢＴＢ溶液：黄 金属を溶かす 電気をよく通す |
リトマス紙：変化なし ＢＴＢ溶液：緑 ※砂糖水とエタノール水は電気を通さない |
リトマス紙：赤→青 ＢＴＢ溶液：青 フェノールフタレイン液：赤 電気をよく通す |
用語集
溶媒：水のように物質を溶かす物質（他に油なども溶媒）
溶質：溶液に溶けている物質（食塩水の食塩など）
飽和水溶液：溶質が溶けることのできる限界まで溶けた水溶液
溶解度曲線：100ｇの溶媒（主に水）が飽和溶液となる溶質の質量を溶媒の温度別にグラフにしたもの
質量パーセント濃度：溶液（溶媒+溶質）のうち、溶質の質量がしめる割合を百分率で表したもの
最後に社会人にもおすすめの理科の書籍を紹介します。
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