水溶液すいようえき — 溶質ようしつ溶媒ようばい・濃度のうど・溶解ようかい度ど・再さい結晶けっしょう

この章しょうで学まなぶこと

砂糖さとうを水みずに入いれてかき混まぜると、砂糖さとうが見みえなくなります。これは砂糖さとうが「消きえた」のではなく、目めに見みえない小ちいさな粒つぶとなって水みずの中なかに広ひろがったからです。このような液えきを水溶液すいようえきといいます。

• 溶質ようしつ・溶媒ようばい・溶液ようえき の言葉ことばの使つかい分わけを覚おぼえる
• 質量パーセント濃度しつりょうパーセントのうど の式しきと計算けいさんができるようになる
• 溶解度ようかいど と 溶解度曲線ようかいどきょくせん の読よみ取とりを身みにつける
• 再結晶さいけっしょう のしくみと方法ほうほう (冷ひやす・水みずを蒸発じょうはつさせる) を理解りかいする
• ろ過ろかの正ただしい操作そうさ手順てじゅんを覚おぼえる
• 薬品やくひんを扱あつかうときの安全あんぜんルールを身みにつける

ポイント: 水溶液すいようえきは透明とうめい (向むこうが透すけて見みえる) ですが、必かならずしも無色むしょくとはかぎりません。硫酸りゅうさん銅どう水溶液すいようえきは青色あおいろ、過かマンガン酸さんカリウム水溶液すいようえきはうすい紫色むらさきいろをしています。「透明とうめい = 無色むしょく」と思おもいこまないようにしましょう。

1. 水溶液すいようえきとは

溶質ようしつ・溶媒ようばい・溶液ようえき

言葉ことば	意味いみ	例れい (砂糖さとう水すいのとき)
溶質ようしつ	とけているもの	砂糖さとう
溶媒ようばい	とかしているもの	水みず
溶液ようえき	全体ぜんたい (溶質ようしつ + 溶媒ようばい)	砂糖さとう水すい

溶媒ようばいが水みずのとき、特とくに水溶液すいようえきといいます。エタノールや油あぶらなどをとかす場合ばあい、それぞれ「エタノール溶液ようえき」「油あぶら溶液ようえき」と呼よびます。

水溶液すいようえきの性質せいしつ

性質せいしつ	説明せつめい
透明とうめい	向むこうが透すけて見みえる
均一きんいつ	どの部分ぶぶんをとっても同おなじ濃こさ
時間じかんがたっても分わかれない	上下じょうげに放置ほうちしても上澄うわずみと下したに分わかれない
ろ紙かみを通とおり抜ぬける	ろ過ろかしても溶質ようしつが残のこらない

大事だいじ: 牛乳ぎゅうにゅうやコーヒー牛乳ぎゅうにゅうは白しろくにごっていて向むこうが見みえません。これらは水溶液すいようえきではなく、小ちいさな粒つぶが水みずの中なかに浮うかんでいるだけの懸濁液けんだくえき (けんだくえき) です。「透明とうめい」という条件じょうけんは水溶液すいようえきの最さい重要じゅうようポイントです。

溶解ようかいと粒子りゅうしモデル

砂糖さとうが水みずにとけるとき、砂糖さとうの小ちいさな粒つぶ (実じつは分子ぶんし) が水みずの粒つぶの間まに入はいり込こんで広ひろがっていきます。これを粒子りゅうしモデルで表あらわすと、次つぎのようになります。

状態じょうたい	粒子りゅうしのようす
とかす前まえ	砂糖さとうの粒つぶがかたまって沈しずんでいる
かき混まぜ中ちゅう	砂糖さとうの粒つぶがほどけて散ちらばり始はじめる
とけきった	砂糖さとうの粒つぶが水みず全体ぜんたいに均一きんいつに広ひろがっている

ポイント: 「とけた」状態じょうたいは、砂糖さとうが消きえたわけではなく、目めに見みえないくらい小ちいさな粒つぶに分わかれて広ひろがった状態じょうたいです。質量しつりょうはそのまま保たもたれます (砂糖さとう 10 g + 水みず 100 g = 砂糖さとう水すい 110 g)。

2. 質量しつりょうパーセント濃度のうど

水溶液すいようえきの濃こさを表あらわすとき、中学校ちゅうがっこうでは質量パーセント濃度しつりょうパーセントのうどを使つかいます。

公式こうしき

$質量パーセント濃度 (\%)=\frac{}{}\times 100$

「溶液ようえき全体ぜんたい」= 溶質ようしつ + 溶媒ようばい、 です。「水みずの質量しつりょう」と間違まちがえないようにしましょう。

計算けいさん例れい 1: 濃度のうどを求もとめる

砂糖さとう 20 g を水みず 80 g にとかしました。砂糖さとう水すいの濃度のうどは何なに % ですか。

ステップ	計算けいさん
① 全体ぜんたいの質量しつりょう	20 + 80 = 100 g
② 公式こうしきに入いれる	20 ÷ 100 × 100 = 20 %

計算けいさん例れい 2: 溶質ようしつの質量しつりょうを求もとめる

10 % の食塩しょくえん水すい 200 g を作つくるには、食塩しょくえんは何なに g 必要ひつようですか。

ステップ	計算けいさん
① 必要ひつような食塩しょくえんの質量しつりょうを x g とする	x ÷ 200 × 100 = 10
② 式しきを解とく	x = 200 × 10 ÷ 100 = 20 g

水みずは 200 - 20 = 180 g 必要ひつよう、ということになります。

計算けいさんのコツ表ひょう

求もとめるもの	公式こうしき
濃度のうど (%)	溶質ようしつ ÷ 溶液ようえき全体ぜんたい × 100
溶質ようしつの質量しつりょう (g)	溶液ようえき全体ぜんたい × 濃度のうど ÷ 100
溶液ようえきの質量しつりょう (g)	溶質ようしつ ÷ 濃度のうど × 100

大事だいじ: 「溶液ようえき全体ぜんたい = 溶質ようしつ + 溶媒ようばい」を必かならず意識いしきしましょう。問題もんだい文ぶんに「水みず 100 g に食塩しょくえん 25 g をとかした」と書かかれていたら、溶液ようえき全体ぜんたいは 125 g です。100 g ではありません。これを間違まちがえると 5 % ほど濃度のうどがずれます。

3. 溶解ようかい度ど

水みずにとける物質ぶっしつの量りょうには限界げんかいがあります。水みず 100 g にとかすことができる物質ぶっしつの最大さいだい量りょうを溶解度ようかいどといいます (単位たんい: g)。

溶解ようかい度どのポイント

• 同おなじ物質ぶっしつでも、温度おんどによって溶解ようかい度どは変かわる
• 多おおくの物質ぶっしつは、温度おんどが高たかいほどよくとける (砂糖さとう・硝酸カリウムしょうさんかりうむなど)
• ただし、食塩しょくえんはあまり温度おんどの影響えいきょうを受うけない
• ある物質ぶっしつを最大さいだい量りょうとかした水溶液すいようえきを、その物質ぶっしつの飽和水溶液ほうわすいようえきという

主おもな物質ぶっしつの溶解ようかい度ど (水すい 100 g あたり)

物質ぶっしつ	0 ℃	20 ℃	40 ℃	60 ℃	80 ℃
食塩しょくえん	35.7	35.8	36.3	37.1	38.0
硝酸カリウムしょうさんかりうむ	13.3	31.6	63.9	109.2	168.8
ホウ酸さん	2.8	4.9	8.9	14.9	23.5
ミョウバン	5.7	11.4	23.8	57.4	321.6

ポイント: 硝酸カリウムしょうさんかりうむ と ミョウバン は、温度おんどが上あがると劇的げきてきにとける量りょうが増ふえます。一方いっぽう、食塩しょくえん は温度おんどを上あげてもほとんど変かわりません。この温度おんどによる違ちがいが、次つぎに学まなぶ「再さい結晶けっしょう」のカギになります。

溶解ようかい度ど曲線きょくせん

横よこ軸じくに温度おんど、縦たて軸じくに溶解ようかい度どを取とったグラフを溶解度曲線ようかいどきょくせんといいます。

物質ぶっしつ	曲線きょくせんの形かたち
硝酸カリウムしょうさんかりうむ	急きゅうな右みぎ上あがり
ミョウバン	急きゅうな右みぎ上あがり
ホウ酸さん	ゆるやかな右みぎ上あがり
食塩しょくえん	ほぼ水平すいへい

大事だいじ: 溶解ようかい度ど曲線きょくせんを見みれば、「ある温度おんどの水みず 100 g に何なに g までとけるか」が一目ひとめで分わかります。たとえば 60 ℃ の水みず 100 g に硝酸カリウムしょうさんかりうむは 109.2 g まで、ホウ酸さんは 14.9 g までとけます。

4. 再さい結晶けっしょう

水みずにとけている物質ぶっしつを、もう一度いちど結晶けっしょうとして取とり出だす方法ほうほうを再結晶さいけっしょうといいます。中学校ちゅうがっこうでは 2 つの方法ほうほうを学まなびます。

方法ほうほう 1: 冷ひやす

温度おんどが高たかいほどよくとける物質ぶっしつは、冷ひやすととけきれなくなった分ぶんが結晶けっしょうとして出でてきます。

例れい: 60 ℃ の水みず 100 g に硝酸カリウムしょうさんかりうむを 100 g とかし、20 ℃ まで冷ひやすと?

ステップ	計算けいさん
60 ℃ で溶解ようかい	100 g とけている
20 ℃ の溶解ようかい度ど	31.6 g
出でてくる結晶けっしょうの質量しつりょう	100 - 31.6 = 68.4 g

方法ほうほう 2: 水みずを蒸発じょうはつさせる

食塩しょくえんのように温度おんどの影響えいきょうをあまり受うけない物質ぶっしつは、冷ひやしても結晶けっしょうがあまり出でてきません。この場合ばあいは水すいを蒸発じょうはつさせて水すいの量りょうを減へらすと、とけきれなくなった分ぶんが結晶けっしょうとして出でてきます。

物質ぶっしつ	おすすめの方法ほうほう
硝酸カリウムしょうさんかりうむ・ミョウバン	冷ひやす
食塩しょくえん	水みずを蒸発じょうはつさせる
ホウ酸さん	どちらでも (主ぬしに冷ひやす)

ポイント: 再さい結晶けっしょうを使つかうと、不純物ふじゅんぶつを取とり除のぞいた純粋じゅんすいな結晶けっしょうを得えることができます。これは化学かがくの基本きほん的てきな「物質ぶっしつの精製せいせい」の方法ほうほうです。料理りょうりで塩しおを作つくるときも、海水かいすいを蒸発じょうはつさせて塩しおの結晶けっしょうを取とり出だします。

結晶けっしょうの形かたち

物質ぶっしつごとに結晶けっしょうの形かたちは決きまっています。

物質ぶっしつ	結晶けっしょうの形かたち
食塩しょくえん (塩化えんかナトリウム)	立方体りっぽうたい (サイコロ型がた)
硝酸カリウムしょうさんかりうむ	針はりのような細長ほそながい形かたち
ミョウバン	正せい八はち面体めんてい
ホウ酸さん	うろこ状じょうの薄うすい板いた

ルーペで観察かんさつすると、結晶けっしょうのきれいな形かたちがよく分わかります。

5. ろ過ろか

液体えきたいの中なかに固体こたいが混まざっているとき、ろ紙かみを使つかって固体こたいだけを分わける操作そうさをろ過ろかといいます。再さい結晶けっしょうで出でてきた結晶けっしょうを取とり出だすときに使つかいます。

ろ過ろかの手順てじゅん

ステップ	操作そうさ	注意ちゅうい点てん
①	ろ紙かみを 4 つに折おる	円えんすい形がたに開ひらく
②	ろうとに入いれる	水みずで湿しめらせて密着みっちゃくさせる
③	ろうとをろうと台だいに立たてる	ろうとの先さきがビーカーの壁かべにつくように
④	ガラス棒ぼうを使つかって液えきを注そそぐ	ろ紙かみの重かさなった3 枚まい側がわにあてる
⑤	ガラス棒ぼうを伝つたわせる	液えきをろうとから飛とび散ちらせない

ろ過ろかのポイント

ポイント	理由りゆう
ろうとの先さきをビーカーの壁かべにつける	液えきが飛とび散ちらない・ゆっくり流ながれる
ガラス棒ぼうを使つかう	液えきの方向ほうこうを制御せいぎょできる
ろ紙かみの 3 枚まい側がわにあてる	ろ紙かみが破やぶれにくい
一いち度どにたくさん入いれない	液えきがあふれない

大事だいじ: ろ紙かみの目めより大おおきな粒つぶは通とおれずろ紙かみの上うえに残のこり (これを残留ざんりゅう物ぶつという)、小ちいさな粒つぶや水溶液すいようえきはろ紙かみを通とおり抜ぬけて下かのビーカーに集あつまります (これをろ液えきという)。

6. 水溶液すいようえきの性質せいしつを調しらべる

においを調しらべる

水溶液すいようえき	におい
食塩しょくえん水すい	無臭むしゅう
砂糖さとう水すい	わずかに甘あまい香かおり
塩酸えんさん	刺激しげき臭しゅう (つんとする)
食酢しょくず	酸すっぱいにおい
アンモニア水すい	強つよい刺激しげき臭しゅう

注意ちゅうい: においをかぐときは、手しゅであおいで少量しょうりょうをかぎます。直接ちょくせつ吸すい込こんではいけません。塩酸えんさんやアンモニア水すいは強つよい刺激しげきがあるので特とくに注意ちゅういします。

蒸発じょうはつさせて固体こたいが残のこるか

水溶液すいようえきを蒸発じょうはつ皿さらに少量しょうりょう取とって加熱かねつし、水みずを蒸発じょうはつさせます。

結果けっか	溶質ようしつの種類しゅるい
白しろい固体こたいが残のこる	食塩しょくえん・砂糖さとうなど (固体こたいが溶質ようしつ)
何なにも残のこらない	塩酸えんさん・アンモニア水すい・炭酸たんさん水すいなど (気体きたいが溶質ようしつ)

ポイント: 「気体きたいがとけている水溶液すいようえき」は、加熱かねつすると気体きたいが空気くうき中ちゅうに出でていくので、何なにも残のこりません。塩酸えんさん (塩化えんか水素すいそ)、アンモニア水すい (アンモニア)、炭酸たんさん水すい (二酸化炭素にさんかたんそ) がこのタイプです。

7. 安全あんぜんに水溶液すいようえきを扱あつかう

薬品やくひんの安全あんぜんルール

ルール	理由りゆう
絶対ぜったいに飲のまない	体内たいないに入はいると有害ゆうがいなものが多おおい
直接ちょくせつ吸すわない	気管支きかんしを傷いためる
直接ちょくせつ触さわらない	皮ひふへのダメージ
保護ほごめがねを着用ちゃくよう	飛とび散ちり・突沸にえから目めを守まもる
手しゅについたら大量たいりょうの水みずで洗あらう	反応はんのうをうすめる
使用しよう後ごは手てをよく洗あらう	残のこった薬品やくひんを落おとす

大事だいじ: 中学校ちゅうがっこうで扱あつかう薬品やくひん (塩酸えんさん・水酸化すいさんかナトリウム水溶液すいようえきなど) は強つよい刺激しげきや腐食ふしょく性せいがあります。「溶質ようしつを飲のまない・吸すわない・触さわらない」を必かならず守まもりましょう。「水溶液すいようえき = 安全あんぜんな水みず」ではありません。

緊急きんきゅう時じの対応たいおう

状況じょうきょう	対応たいおう
薬品やくひんが目めに入はいった	すぐに大量たいりょうの水みずで 15 分ぶん以上いじょう洗あらい続つづける
皮ひふに付ついた	すぐに水みずで洗あらい流ながす
飲のんでしまった	口くちをすすぎ、無理むりに吐はかせず大量たいりょうの水みずを飲のんで先生せんせいへ
気分きぶんが悪わるくなった	換気かんきのよい場所ばしょで休やすむ

8. ふりかえり

この章しょうで学まなんだことを確たしかめましょう。

• 溶質ようしつ・溶媒ようばい・溶液ようえき の使つかい分わけができる
• 質量パーセント濃度しつりょうパーセントのうど の公式こうしきと計算けいさんができる
• 溶解度ようかいど と 飽和水溶液ほうわすいようえき の意味いみが説明せつめいできる
• 溶解度曲線ようかいどきょくせん から温度おんどごとのとける量りょうを読よみ取とれる
• 再結晶さいけっしょう の 2 つの方法ほうほう (冷ひやす・水みずを蒸発じょうはつ) を使つかい分わけられる
• ろ過ろか の正ただしい手順てじゅん (ガラス棒ぼう・ろうとの先せん) が説明せつめいできる
• [ ]透明とうめい ≠ 無色むしょく、水溶液すいようえき ≠ 懸濁液けんだくえきの区別くべつができる

この章しょうの安全あんぜん配慮はいりょ

• 薬品やくひんを絶対ぜったいに口くちに入いれない・直接ちょくせつ吸すわない・素手すでで触さわらない
• 必かならず保護ほごめがねを着用ちゃくよう
• 加熱かねつ中ちゅうの蒸発じょうはつ皿さらや試験管しけんかんに顔がおを近ちかづけない (突沸にえの危険きけん)
• 薬品やくひんが目めや皮ひふに付ついたらすぐに大量たいりょうの水みずで洗あらい、先生せんせいに報告ほうこく
• 廃液はいえきは水道すいどうに流ながさず、指定していの容器ようきに集あつめる
• 実験じっけん後ごは必かならずせっけんで手てを洗あらう

次じの章しょう: 第だい 8 章しょうでは、生物せいぶつの世界せかいに話題わだいを移うつして、植物しょくぶつの生活せいかつと種類しゅるい を学まなびます。光合成こうごうせい・呼吸こきゅう・植物しょくぶつの分類ぶんるいなど、生物せいぶつ分野ぶんやの基本きほんを身みにつけます。