初心者のための科学プロジェクト。 化学
化学
塩か砂糖か。 どちらが早く溶けるか
溶液とは、異なる化合物や元素の混合物にほかなりません。
あなたが呼吸している空気 (水を含んでいる) も、液体と気体の溶液なのです。 今日、炭酸飲料を飲んだ人は、実はフレーバーウォーターに気体を溶かした溶液を飲んでいるのです。
この実験では、3種類の溶液のうちの1つである液体を扱います。
では、何が問題なのでしょうか
溶質は溶解する固体、液体、気体を意味し、溶解した物質が溶質です。 溶媒は、固体、液体、気体のいずれかであり、溶解する物質である。
スプーン 1 杯の砂糖を水の入ったグラスに入れてかき混ぜると、溶液が形成されます。 このような液体溶液は、固体である砂糖と液体である水という溶媒で構成されています。
液体に気体を混ぜると、気体溶液と呼ばれる別の種類の溶液ができます。 このような溶液の例として、湿度があります。
角砂糖が水に溶ける様子を、パッケージのばら売り砂糖と比べて考えてみてください。
スターリング シルバーなどの固形物では、高温で加熱された銅が、溶けるまで加熱された銀と混合されます。 銅は溶質であり、溶媒に溶ける物質です。 銀は溶媒です。
溶液の種類は、溶媒の物質状態によって決まります。 溶かす物質が液体であれば、その溶液は液剤と呼ばれます。 溶媒が気体であれば、気体溶液と呼ばれる。 そして、あなたは正しいことをした。
塩や砂糖の結晶の大きさは顕微鏡や虫眼鏡で確認でき、その形も確認することができます。
一般に、溶解できる溶質の量を増やすにはいくつかの要因があります。 たとえば、同じ量の水にもっと多くの砂糖を溶かしたい場合は、水を加熱すればよいでしょう。
長年、料理に塩と砂糖を使っていると、塩の一片一片が、より多くの量を溶かすことができることに気がつくでしょう。
分子は、化学的に結合した 2 つ以上の元素のことを指します。 塩の分子にはナトリウムと塩素が含まれており、それらが化学的に結合して塩化ナトリウムが作られます。 この塩の化学式はNaClです。 砂糖の分子には、炭素、水素、および酸素が含まれています。 砂糖の化学式は C12H22O11 です。
この実験で解決しようとする問題は、さまざまな液体に混ぜたときに砂糖と塩のどちらが早く溶けるかということです。 断片の大きさは、液体と混ざる速さに影響しますか?
砂糖や塩を液体、たとえば水に溶かすと、グラスやビーカーの中の水の分子の間に砂糖の分子が移動して、自分たちの体にフィットするようになります。
実験では、塩と砂糖の分子が異なる液体内でどのように動き、異なる速度で溶けるかを見ることができます。 このセクションのタイトル「塩と砂糖：異なる液体ではどちらが速く溶けるか」は、必要であれば、プロジェクトのタイトルとして使用することができます。
- The Great Salt vs. Sugar Dissolving Contest
- Using Salt and Sugar to Explore How Substances Dissolve
あなたが選んだ名前でもかまいません。
要点は何か
溶剤の分子間に十分なスペースがあるとき、その溶剤は不飽和と言われます。 溶媒に多くの溶質が溶けているが、分子間にまだ空間がある場合、その溶液は濃縮されている。
そして、過剰な溶質を加熱して溶かした場合は、過飽和といいます。
この実験のポイントは、さまざまな液体で塩と砂糖のどちらが早く溶けるかを学ぶことに加えて、溶液中で分子がどのように作用するかを学ぶことです。
先の図にあるように、水の分子は容器内のほとんどの場所を占めています。 しかし、砂糖や塩の分子が入るスペースはまだ残っています。
これを知ることで、物質が溶けるときに起こるプロセスをよりよく理解することができます。
実験では水を対照とします。
| Controls: | Solvent?water |
| Solutes?water | Solutes?砂糖、塩 |
| 変数： | 5種類の透明な液体（色があってもよい） |
実験をするときは、使う液体の温度がすべて同じであることが非常に重要であることを覚えておいてください。 あなたはすでに、砂糖は冷たい液体よりも温かい液体の方が早く溶けることを学びました。したがって、使用する液体の一部が温かく、一部が冷たいと、正確な実験にならないことをあなたは知っています。
ですから、水を含む使用するすべての液体は室温であるべきです。
実験の自由度を高めるために、砂糖と塩を溶かす液体を決めておくとよいでしょう。
家の中の異なる場所に置かれていた液体が同じ温度だと仮定しないでください。 たとえば、ガレージに置かれていた炭酸飲料のボトルは、バスルームのクローゼットにあった消毒用アルコール、またはキッチンの食料庫にあったアップル ジュースよりも数度低いかもしれません。 すべての液体が同じ室温になるように、必ず同じ場所に置くようにしてください。 If you don’t, the results of your experiment won’t be valid.
Just make sure you choose liquids that are different from each other in taste, color, odor, and purpose. You’ll also need to select those that allow you to observe the salt and sugar as it dissolves. If you use milk or orange juice, for example, you won’t be able to watch the salt and sugar dissolve. Some suggestions for liquids to consider are:
- White vinegar
- Club soda
- Ginger ale
- Glass cleaner (such as Windex)
- Lemonade
- Tea or iced tea (each at room temperature)
- Apple juice
- Rubbing alcohol
All of these are commonly found around the house, perhaps saving you a trip to the store.
What Do You Think Will Happen?
溶液がどのように形成されるか、また、使用する砂糖と塩が溶ける速度に影響を与えるいくつかの要因がわかったので、どちらが速く溶けるかについて推測することができるはずです。
この実験を以前に行ったことがなければ、使用する液体が塩と砂糖を溶解する要因になるかどうかはわかりません。 このため、仮説を立てるのが難しくなりますが、心配はいりません。
選択したさまざまな液体の特性が、塩と砂糖が溶ける速度に影響するかどうかは実験が終わるまでわかりませんが、塩の結晶が砂糖の結晶よりも一般に小さいことは知っています。
あなたの過去の経験、このセクションで読んだ情報、そしてあなたの常識を駆使して、健全な仮説を立ててみてください。
このプロジェクトに必要な材料
この実験に使用することを推奨するいくつかの液体は、白酢、クラブ ソーダ、ジンジャー エール、ガラス クリーナー、消毒用アルコール、アップル ジュース、レモネード、およびお茶などです。 もし、提案された液体の1つ以上を他の液体で代用したいのであれば、それは問題ありません。
以下に示す材料の量は、それぞれの液体で実験を3回行うのに十分な量です。 You’ll need:
- 12 clear, plastic cups (10 ounce )
- One permanent marker
- One (1 teaspoon) (5.0 ml) measuring spoon
- One (12 teaspoon) (2.5 ml) measuring spoon
- One (1 cup) (240 ml) measuring cup
- 8 teaspoons (40 ml) salt, divided in 16 (12 teaspoon) portions
- 8 teaspoons (40 ml) sugar, divided in 16 (12 teaspoon) portions
- 48 ounces (1,440 ml) water at room temperature
- 24 ounces (720 ml) each of five different, clear liquids, all at room temperature
- One clock or watch with a second hand
- One clear plastic cup containing eight fluid ounces (240 ml) water at room temperature
Remember to make sure that all liquids are at room temperature.
Conducting Your Experiment
When you’ve gathered all your materials, you’ll be ready to begin your experiment.
塩と砂糖の入ったカップと比較できるように、普通の水の入ったカップを常に目にすることができます。 塩と砂糖が溶けるにつれて、液体の外観がどのように変化するかを観察するのも興味深いでしょう。
砂糖と塩が溶けるまで少し時間がかかると思います。 最良の結果を得るには、溶液をかき混ぜないようにしてください。 かき混ぜる必要がある場合は、各溶液を 3 回かき混ぜて、停止します。 かき混ぜるのは、2つの容器の底にそれぞれ溶質があることを確認してからにする。
- 永久マーカーを使って、プラスチックカップの6つに「塩」と書き、残りの6つに「砂糖」と書きましょう。
- 「塩」と書かれた6つのカップに、それぞれ小さじ1/2杯（2.5ml）の塩を入れる。
- 砂糖小さじ1/2（2.5ml）を「sugar」と書かれた6つのカップにそれぞれ入れる。
- 塩の入った1つのカップと砂糖の入った1つのカップに8オンス（240ml）の水を入れる。 すぐに、次のセクション「実験を記録する」に示すようなデータチャートに、水を加えた時間を記録する。
- 溶質（塩と砂糖）が溶媒（水）に溶けているのを観察する。 各溶質が完全に溶けたと思われる時間をデータチャートに記録する。 これらの時間は、おそらく同じではないでしょう。
- 溶解が起こった間の経過時間を計算する。 カップに水を加えて溶解を開始した時刻を、溶解が終了した時刻から差し引く。 これで、塩と砂糖が完全に液体に溶けるまでにかかった合計時間がわかります。
- 水の代わりにそれぞれ異なる液体を使用して、手順4から6を繰り返します。
- 12個のカップをそれぞれ洗い、すすぎ、十分に乾かします。
- ステップ2から8をもう2回繰り返し、6つの液体それぞれについて合計3回試行する。
- 6つの液体それぞれについて、塩と砂糖の平均溶解時間を計算する。
各液体で塩と砂糖が溶けるのにかかった平均時間を求めるには、それぞれ記録した 3 回を足し、それらを 3 で割ることを思い出してください。
実験を記録する
次のようなチャートを使用して、各溶媒の情報を記録できます。
必ず時間を記録しながら進めてください。 記憶力に頼らず、後で書き留めるようにしましょう。
すべてをまとめる
塩と砂糖が溶ける速度について、何か気づきましたか? あなたの仮説が正しいことを証明できましたか? または正しくありませんでしたか? 塩と砂糖をさまざまな液体に加えたとき、何らかのパターンを見つけることができましたか? 砂糖に比べて塩の方が早くよく溶ける液体があることは明らかでしたか?
溶質と溶媒の化学的性質が溶解速度に影響を与えたと思いますか?
プロジェクトについて知れば知るほど、データを正しく分析し、適切な結論を導き出すことができるはずです。
さらなる調査
先に述べたように、固体溶質の溶解度に影響を与える要因は次のとおりです。
- 溶媒の温度を上げるか下げるか
- 溶質の表面積を増やす
- かき混ぜる
このプロジェクトをさらに 1 歩か 2 歩進めたい場合、1 つの実験を設計して、それをテストすることができましたか
？
角砂糖が液体に溶ける速度とグラニュー糖の溶解速度を簡単に比較できます。
また、同じ溶質、たとえば砂糖を使用して、溶液をかき混ぜることで速く溶けるかどうかをテストできます。
好奇心旺盛で実験が好きな方なら、このプロジェクトのさまざまなバリエーションを思いつくことでしょう。
『The Complete Idiot’s Guide to Science Fair Projects 2003』（Nancy K. O’Leary および Susan Shelly 著）から抜粋しました。
「The Complete Idiot’s Guide to Science Fair Projects 2003」（ナンシー・K・オリアリー、スーザン・シェリー著）より抜粋。
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