物の 燃え方 と 空気
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この 章で 学ぶこと
第 2 章 は、 6 年生 で 初めて 出会う 「化学変化」 の 入り口、 燃焼 を 学びます。
- 「燃焼」 と は どういう 現象 か を 知る
- 空気 の 組成 (窒素 78 % / 酸素 21 % / その 他 1 %) を 知る
- 物 が 燃える に は 酸素 が 必要 で、 燃えると 二酸化炭素 が 増える こと を 確かめる
- 石灰水 と 気体検知管 の 使い方 を 覚える
- ろうそく の 炎 の 三層 (炎心・内炎・外炎) の ちがい を 知る
- 燃焼 の 実験 の 安全 な やり方 を 身に つける
ポイント: 5 年生 まで に 学んだ 「物 の 形 が 変わる」 (例: 水 → 氷) は 物理変化 でした。 6 年生 で 学ぶ 「物 が 燃える」 は、 元 に もどせない 変化 = 化学変化 です。
1. 物 が 燃える と は
ろうそく に 火 を つける と、 ろう が とけて、 炎 が 上がります。 これ が 「燃える」 と いう 現象、 = 燃焼 です。
燃焼 の 3 つ の 条件
物 が 燃える に は、 つぎ の 3 つ が 同時 に そろう 必要 が あります。
| 条件 | くわしく |
|---|---|
| ① 燃える 物 | ろうそく の ろう、 木、 紙、 ガス など |
| ② 酸素 | 空気 の 中 の 酸素 |
| ③ 発火点以上 の 温度 | ろうそく の 場合約 240 ℃ |
大事: 3 つ の どれ か 1 つ で も 欠ける と、 火 は 消え ます。 これ を 「燃焼 の 三要素」 と 言います。 消火 (火 を 消す) は、 この 3 つ の どれ か を 取り 除く こと です。
消火 の しくみ — 三要素 の どれ を 取り 除く か
| 消火 の 方法 | 取り 除く もの |
|---|---|
| ふた を かぶせる | 酸素 を しゃ断 |
| 水 を かける | 温度 を 下げる |
| 燃える 物 を 取り 除く | 燃える 物 |
| 消火器 (粉) | 酸素 を しゃ断 + 温度 も 下げる |
2. 空気 の 組成
物 を 燃やす と き に 必要 な 「酸素」 は、 ふだん わたしたち が 吸って いる 空気 の 中 に あります。 空気 の 中 に は、 酸素 の ほか に も いくつか の 気体 が ふくまれて います。
空気 の 組成 (体積 の わり 合い)
| 気体 | わり 合い | はたらき |
|---|---|---|
| 窒素 | 約 78 % | 反応 しにくい。 燃焼 に は 関係 しない |
| 酸素 | 約 21 % | 物 を 燃やす はたらき が ある |
| 二酸化炭素 | 約 0.04 % | 物 が 燃えた り 動物 が 呼吸 する と 増える |
| アルゴン・水蒸気 など | 残り 1 % ぐらい | (くわしく は 中学 で) |
イメージ で つかむ — 100 個 の 風船 で たとえる
もし 空気 を 100 個 の 風船 で 表す なら、
- 78 個 が 窒素 の 風船 (青)
- 21 個 が 酸素 の 風船 (赤)
- 1 個 が その 他 の 風船
ポイント: いちばん 多い の は 窒素 で、 酸素 は だいたい 5 分の 1 ぐらい。 「空気 = 酸素」 と 思いがち です が、 8 わり 近く は 窒素 と おぼえましょう。
3. 物 が 燃える に は 酸素 が 必要
「燃焼 に 酸素 が 必要 か どう か」 を、 条件制御 で たしかめます。
実験 1: 集気びん の 中 の ろうそく
集気びん (ガラス の びん) の 中 に ろうそく を 入れて、 ふた を し ます。
実験計画
| 条件 | A (ふた あり) | B (ふた なし) |
|---|---|---|
| 空気 の 出入り ← 変える | ふさぐ | 開けて おく |
| そろえる: ろうそく | 同じ サイズ | 同じ サイズ |
| そろえる: 集気びん | 同じ 大きさ | 同じ 大きさ |
| そろえる: 部屋 の 温度 | 室内 | 室内 |
結果
| A (ふた あり) | B (ふた なし) | |
|---|---|---|
| ろうそく の 火 | しばらく する と 消える | 燃え 続ける |
考察
- A は しばらく 燃えて から 消えた → びん の 中 の 酸素 が なくなった か ら
- B は ずっと 燃えた → 外 から 酸素 が 入って くる か ら
- → 燃焼 に は 酸素 が 必要
びん の 大きさ を 変えて しらべる
| びん の 大きさ | 燃える 時間 |
|---|---|
| 250 mL | 約 8 秒 |
| 500 mL | 約 18 秒 |
| 1000 mL | 約 38 秒 |
読み 取り: びん が 大きい ほど 長く 燃える = 「びん の 中 の 酸素 の 量」 が 多い ほど 長く 燃える。 → 燃焼 に は 酸素 の 量 が 関係 する こと が わかる。
4. 燃えると 二酸化炭素 が 増える
物 が 燃えた あと、 集気びん の 中 の 空気 を しらべる と、 「二酸化炭素 が 増えて いる」 こと が わかります。
石灰水 で たしかめる
石灰水 は、 二酸化炭素 と 反応 して 白く にごる とう めい な 液 です。
| 操作 | 結果 |
|---|---|
| ろうそく を 燃やす 前 の 集気びん に 石灰水 を 入れて ふる | にごら ない |
| ろうそく を 燃やした あと の 集気びん に 石灰水 を 入れて ふる | 白く にごる |
大事: 石灰水 が 白く にごる = 二酸化炭素 が ある の しるし。 6 年生 の 理科 で 何度 も 出て きます。 必ず おぼえましょう。
気体検知管 で たしかめる
気体検知管 は、 空気中 の 酸素・二酸化炭素 の わり 合い (%) を 測れる 道具 です。 細い ガラス管 の 中 に 薬品 が 入って いて、 ポンプ で 空気 を 吸い込む と、 色 が 変わった ところ の 目盛 を 読みます。
ろうそく が 燃える 前 と 後 の 比較
| 気体 | 燃える 前 | 燃えた 後 |
|---|---|---|
| 酸素 | 約 21 % | 約 16 % (減る) |
| 二酸化炭素 | 約 0.04 % | 約 4 % (増える) |
| 窒素 | 約 78 % | 約 78 % (変わら ない) |
大事 な こと 3 つ
- 酸素 が ぜんぶ なくなる の では ない (約 16 % で 火 が 消える)
- 二酸化炭素 が 0.04 % → 4 % に 大きく 増える
- 窒素 は 変わら ない (燃焼 に 関係 しない)
ポイント: 燃焼 と は 「酸素 が 燃える 物 と 結びついて、 二酸化炭素 や 水 に 変わる」 現象 です。 ろう (炭素 と 水素 で できて いる) が 燃える と、 二酸化炭素 と 水蒸気 が できます。
5. 石灰水 と 気体検知管 の 使い方
石灰水 の 使い方
- 集気びん の ふた を 開けて、 石灰水 を 少量入れる (大さじ 1 ぐらい)
- ふた を しめて 5〜10 秒 よく ふる
- 白く にごったら 二酸化炭素 あり
石灰水 の 注意
- アルカリ性 の 薬品 な ので、 手 や 服 に つけない
- 目 に 入ったら 大量 の 水 で すぐ 洗う
- 古く なった 石灰水 は 反応 しなく なる ので、 実験直前 に 先生 に 出して もらう
気体検知管 の 使い方
| ステップ | やる こと |
|---|---|
| ① | 気体検知管 の 両端 を 折り 取る (チップホルダー で) |
| ② | 気体検知管 を 専用 ポンプ に セット |
| ③ | はかりたい 空気 の 中 に 先端 を 入れる |
| ④ | ポンプ の ハンドル を 一気 に 引き、 1 分待つ |
| ⑤ | 色 が 変わった ところ の 目盛 を 読む (% 表示) |
気体検知管 の 種類
| 種類 | はかれる 範囲 | 色 の 変化 |
|---|---|---|
| 酸素用 (青色) | 約 6 〜 24 % | 薄い 青 → こい 青 |
| 二酸化炭素用 (低濃度) | 約 0.03 〜 1 % | 黄 → 紫 |
| 二酸化炭素用 (高濃度) | 約 0.5 〜 8 % | 黄 → 紫 |
大事: 気体検知管 は 使い 切り (1 回 だけ)。 折った 先端 は 鋭い ので、 すぐ 専用容器 に 捨てます。 手 に ささらない ように 注意。
6. ろうそく の 炎 の 三層
ろうそく の 炎 を よく 見る と、 3 つ の 部分 に 分けて 見える こと が わかります。 これ を 「炎 の 三層」 と 言います。
炎 の 三層
| 部分 | 場しょ | ようす | 温度 |
|---|---|---|---|
| 外炎 | 一番外がわ | 青 みがかった うすい 炎 | 約 1400 ℃ (一番高い) |
| 内炎 | 真ん中 | 明るく かがやく オレンジ色 | 約 1200 ℃ |
| 炎心 | しん の すぐ 上 | 暗い、 炎 の 内側 | 約 600 〜 800 ℃ (一番低い) |
なぜ 3 つ に 分かれる の か
| 場しょ | しくみ |
|---|---|
| 炎心 | しん から 気体 に なった ろう が ある が、 まだ 酸素 と 出会って いない (燃えて いない) |
| 内炎 | 酸素 が 少なめ で、 ろう が 不完全燃焼 → すす (炭素 の 粒) が 出て、 高温 で 明るく かがやく |
| 外炎 | 空気 と たっぷり ふれ あって、 すす も 完全燃焼 → 青みがかった 炎、 一番高温 |
実験: ガラス棒 を 入れて 確かめる
ガラス棒 (または 割りばし) を 炎 の 中 に 横 から 一瞬入れて 見る と、
| 入れた 場しょ | ガラス棒 の ようす |
|---|---|
| 炎心 | あまり 焦げ ない (温度 が 低い) |
| 内炎 | 黒く なる (すす が つく) |
| 外炎 | 早く 焦げる (温度 が 高い) |
ポイント: 一番明るい 部分 (= 内炎) が 一番熱い わけ で は ありません。 一番熱い の は 外がわ の 青い 外炎。 これ は 中学 で 学ぶ 「ガスバーナー」 でも 同じ で、 「外炎 で 加熱 する」 が きまり です。
7. ふりかえり と 安全配慮
この 章 の チェックリスト
- [ ]燃焼 の 三要素 (燃える 物・酸素・温度) を 言える
- [ ]空気 の 組成 (窒素 78 % / 酸素 21 %) を 言える
- [ ]燃えた あと 酸素 が 減って 二酸化炭素 が 増える こと が わかる
- 石灰水 が 白く にごる = 二酸化炭素 あり と 言える
- 気体検知管 で 酸素・二酸化炭素 の わり 合い を 測れる
- [ ]炎 の 三層 (外炎・内炎・炎心) と それぞれ の 温度 が 言える
- [ ]一番高温 は 外炎 (青い 部分) だ と わかる
この 章 の 安全配慮
- 保護 めがね を 必ず つける (ガラス が 割れた と き、 薬品 が とんだ と き)
- もえやすい 物 (紙・髪・服) を 炎 に 近づけない
- 長い 髪 は 結ぶ、 ぼう えん きょう・マフラー は はずす
- 集気びん の ふた を 開ける と き は 顔 を 近づけない (熱い 空気 が 上がる)
- 石灰水 は アルカリ性、 目・口・服 に つけない
- 気体検知管 の 折った 先端 が 手 に ささら ない よう 注意
- 火 を つけた 物 は 必ず 完全 に 消えた こと を 確かめて から 実験 を 終える
- 換気 を よく する (二酸化炭素 や すす が たまら ない よう に)
次の 章: 第 3 章 では、 「人 の 体 の つくり と はたらき」 を 学びます。 第 2 章 で 学んだ 「酸素・二酸化炭素」 が、 こんど は わたしたち の 体 の 中 で どう 動いて いる か を 多面的 に 見て いきます。