電解質と非電解質


 物質を水にとかしたときに電流が流れるかどうかを調べます。精製水は電流計の端子を50mAにしても電流計の針が全く振れません。水道水ではわずかに針が振れます。非電解質を精製水にとかしたものはどうでしょうか。
 また、廃液の処理はどうすればよいでしょうか。 


実験のポイント

ア 非電解質としては、砂糖(グラニュー糖)、エタノールを使う。

イ 試験管に入るステンレス電極を使うと少ない廃液で実験できる。


準備物

ア 水溶液
 水溶液は次の9種類を用意した。

  物質名 作り方・実験結果 
A 精製水 500mAの端子でも、50mAの端子でも電流計の針は全く振れない。 
B 水道水 500mAの端子では振れないが、50mAの端子では、わずかに針が振れる。
C 食塩水 食塩2gを200mLの精製水にとかす。500mAの端子でも十分に針が振れる。 
D 砂糖水 グラニュー糖(KEYスティックシュガー)2gを200mLの精製水にとかす。
50mAの端子でも電流計の針は全く振れない。 
E うすい塩酸 5%のものを使用する。濃塩酸1体積に水7体積を加えたもの。500mAの端子でも十分に針が振れる。 回路の途中に入れた豆電球も光る。 
F エタノール
水溶液 
エタノール10mLを200mLの精製水に加える。 50mAの端子でも電流計の針は全く振れない。
G ミツカン米酢を精製水で4倍にうすめたものを使用する。 500mAの時はあまり針が振れないが原液でも同じことで、むしろ振れないのでうすめたものでよい。
H 果物の汁 ポッカレモンが便利。 
I 塩化銅
水溶液 
10%のものを使用する。 

イ 試験管に入るステンレス電極
 教材会社から市販のものが出ているが、自作することもできる。市販のものは1本が1200円程度である。自作すると1本が200円程度でできる。

材料
 ・角材 225×6×6mm (1本)
 ・ステンレス線 #14 約0.2mm 長さ22cm 材質SUS304 (2本)
 ・導線 VSF 0.5mm 赤 長さ120cm (赤と黒 各1本)
 ・突き合わせ接続子 B2 (2個)
 ・導線用裸圧着端子 R1.25-4 (2個)

作り方
① ステンレス線と導線を突き合わせ接続子でつなぐ。(ステンレス線はハンダ付けできないので、接続子を使用する。)
 締め切りによる圧着機構のついた専用工具は、導線をつなぐときはよいが、ステンレス線をつなぐときはかたくてつぶれないので使いづらい面がある。そこで、今回の場合は電工ペンチ等や普通のペンチに圧着機能がついたものなどの簡易な工具を使用するほうがよい。
② 導線の端に導線用裸圧着端子をつける。
 この場合は、締め切りによる圧着機構のついた専用工具のほうが便利だが、簡易な工具でもできる。 
③ ステンレス線を角材にビニールテープで取り付ける。3箇所とめる。(下図参照)

 市販のものはステンレス線の端に圧着端子がつけてあり、そこにミノムシクリップつき導線をつなぐようになっている。しかし、私は長めの導線(120cm程度)をステンレス線に直接つなぐようにしている。理由は電極を水道水で洗うときに、回路からはずさずに、そのまま水道のところに持って行くことができるからである。


実験方法

① 試験管に水溶液を4mLずつ入れる。この量だと角材の部分に水溶液がつかない。量は厳密でなくてもよいので、最初の1本だけ正確に入れて、後はだいたい同じ量入れたのでよい。

② 電源装置の電圧は5Vとする。
③ 500mAの端子でやってみて、針が振れなかったときは50mAの端子で確かめるというようにする。
④ 回路に豆電球を入れる。そうすると、電極間に金属(釘など)を入れて装置のしくみを理解させることもできる。豆電球が切れるといけないので、豆電球は6.3V0.15Aのものを使うとよい。電球はある程度大きな電流が流れないと光らないので、光るのはうすい塩酸の時だけである。
⑤ 別の水溶液を調べるときは、一度水道水(流水)で洗ってから精製水で洗うようにする。精製水のときは、100mLのビーカーに精製水を入れて、それに電極をつけてゆすいだのでよい。


その他
・塩化銅水溶液は電極に銅がつくので、最後に調べるようにする。実験後紙やすりでこするときれいになる。
・砂糖水は精製水200mLに10g程度入れても電流は全く流れない。しかし、私は食塩水と砂糖水だけは授業中に生徒の目の前で作るようにしているので、2g程度のほうが速やかに全部が溶けるので良いと考えている。また、見た目にも2g入れれば十分である。
・エタノールは精製水200mLに30mL程度入れても電流は全く流れない。においをはっきりとさせたいという場合はその方が良いかもしれない。
・この実験では水溶液を作るのがめんどくさいが、1回の実験で使う水溶液の量は50mL程度である。そこで500mL程度作って容器に入れておけば、数年は準備しなくてよい。容器は精製水が入っていたの容器をそのまま使えばよい。ただし、砂糖水(グラニュー糖)は、作ってからしばらくすると電流が流れるようになってしまうので、その都度作るようにする。私は砂糖水とエタノール水溶液はその都度つくって電流が流れないことを確認するようにしている。
・塩化銅水溶液の廃液は、ろ過して容器に戻しておけば再利用できる。これで廃液がほぼ0になる。
・試験管に入るステンレス電極を自作する場合の材料については、太い角材やステンレス線を使うと試験管に入れづらくなるので注意すること。今回は18mmの試験管を使用している。
・試験管にA~Iのラベルをつけるが、ビニールテープを使用するとよい。厚紙にクラフトテープを貼ったものに、ビニールテープを伸ばし気味で貼り付ける。1cmごとにカッターで切れ目を入れると、それぞれが縮んでラベルができる。油性マジックで記号を記入して試験管に貼り付ける。全てのクラスの実験が終わったらはがしておく。試験管に直接書き込む方法もあるが、見やすさや片付けのことなどを考えるとこの方法がよいと考えている。ただし、ビニールテープは長期間貼りっぱなしにすると、後が残って面倒なので、その点は気をつける必要がある。
・導線の端はほつれないように圧着端子で止めておくのが良い。モーターや電子オルゴールなどの導線の先も同じように処理しておくとよい。いちいちミノムシクリップをつけるのは大変である。圧着端子は取り付けるのが容易で、値段も1個10円もしないので格安である。


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