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2010年8月 2日 (月)

夏休みの自由研究 水の性質を調べる

夏休みになると、このブログの検索ワードに『工作』とか『自由研究』といったフレーズが上位に入ってきます。

我が家では今年は何するかまだ決めてませんが、去年、中一の息子の夏休みの自由研究レポートが、市内の『理科展』に学校代表として出品されました。

ちょうど夏休みの時期でもあるし、この自由研究の内容をご紹介。
もし自由研究の題材にお困りでしたら参考になさってみてはいかが?

内容そのまんまマル写しや記事内の写真を使っても構いませんが、その時は参考文献の欄に
Hepporon Library(https://akkey.air-nifty.com/heplabo/)
と記載して頂くと幸いです。
強制はしませんが(強制しても無駄でしょう)。

まあ、どうせするなら写真ぐらいは自分で取り直したほうがいいんじゃないかと。


さて、自由研究のタイトルですが、
【水の性質を調べる】
です。
市販のミネラルウォーターや水道水が、何がどう違うのかを調べてみました。

今回用意した市販の水。
Jykenk01
・紀の国 大地の水
・サントリー 天然水
・スーパー保存水
・コントレックス
・日本薬局方 精製水


それと

・大阪府の水道水
・自製蒸留水


この7種類の水を供してみました。


【実験1 電気を流してみる】
それぞれの水に電気を通し、電気の通りやすさを調べてみます。

<使った器具>
サンプル瓶、マルチテスター、電線、電池、洗濯ばさみ


これをこんな感じにつなげます。
Jykenk10_2

<方法>
1) サンプル瓶に水を入れる。
2) 単3乾電池とマルチテスターに電線をつなぐ。
3) サンプル瓶の中に電線を入れて電気を通す。
4) 電流の数値を読み取る。

Jykenk11

<結果>

電流値 (mA)
蒸留水
局方精製水
水道水
サントリー 天然水
スーパー保存水
紀の国 大地の水
コントレックス
0.01
0.01
0.42
0.24
0.18
0.15
3.74

結果からわかることは、
・蒸留水と精製水はほとんど電気が流れない。
・コントレックスは一番電気が流れた。
・水道水や他のミネラルウォーターも電気が流れた。


また、この実験で、コントレックスではマイナス側の電極から泡が出て、プラス側から白い物が出てきました。
Jykenk13
Jykenk12

この実験を通じて、何がわかったのかをまとめてみればいいでしょう。
例えば、
今まではどの水でも同じように電気が流れると思ってたけれど、水の種類によって電気の流れやすさが違っている。
などなど。
なぜ水の種類によって電気の流れやすさが変わるのかの考察は後でするので、ここではひとまず結果をまとめます。


【実験2 水を蒸発させてみる】
それぞれの水を蒸発させてみて、何かが残るか調べてみた。

<使った器具>
アルミカップ、熱風乾燥機、精密天秤、スポイト

<方法>
1) アルミカップの重さを量る。
2) アルミカップにスポイトで水を約10g入れ重さを量る。
3) アルミカップを110℃の熱風乾燥機に1時間入れ乾燥させる。
4) 乾燥後のアルミカップの重さを量る。


普通は熱風乾燥機はないと思うので他の方法で乾燥させても構いませんが、やけどに注意しましょう。
電子レンジを使う場合はアルミカップは使えないので、電子レンジ対応のプラスチック製容器を使います。

<結果>

アルミ
カップ
の重さ(g)
水の
重さ(g)
乾燥後
の重さ
(g)
カップに
残った
重さ(mg)
蒸留水
局方精製水
水道水
サントリー 天然水
スーパー保存水
紀の国 大地の水
コントレックス
1.0964
1.0912
1.0901
1.0858
1.0912
1.0941
1.0869
10.0303
10.0531
10.0667
10.0833
10.0423
10.0530
10.0486
1.0964
1.0912
1.0908
1.0869
1.0915
1.0960
1.1071
0.0
0.0
0.7
1.1
0.3
1.9
20.2

結果からわかることは、
・蒸留水と精製水は何も残らない。
・その他の水は白い物が残る。
・中でもコントレックスは残ったものが多い。


この実験を通じてわかったことをまとめてみましょう。
例えば、
水を蒸発させても何も残らないと思ってたけど、水によって白い物が残るものがある。
など。


実験をして結果を書いて終わってしまうと、自由研究のレポートとしては不十分。
なぜそのような結果になったのかを考察することが重要です。

【考察】
1.水の硬度について
ミネラルウォーターのラベルには、その水の『硬度』とカルシウム量とマグネシウム量が書かれています。
紀の国 大地の水
Jykenk02
硬度4.6mg/L

サントリー 天然水
Jykenk03
硬度20mg/L

スーパー保存水
Jykenk04
硬度29mg/L

コントレックス
Jykenk05
硬度1468mg/L

この硬度について調べてみましょう。

<硬度とは>
硬度とは、水の中に溶けているカルシウム(カルシウムイオン)とマグネシウム(マグネシウムイオン)の量である。
カルシウムやマグネシウムを多く含んでいる水は硬度が高い水(硬水)で、カルシウムやマグネシウムがあまり含まれていない水は硬度が低い水(軟水)という。

硬度が高い = カルシウムやマグネシウムが多い = 硬水
硬度が低い = カルシウムやマグネシウムが少ない = 軟水

硬度の計算式(mg/L) =
(マグネシウムの量×4.11)+(カルシウムの量×2.45)


・きわめて軟水: 0~40mg/L
・軟水: 40~80mg/L
・やや軟水: 80~120mg/L
・やや硬水: 120~180mg/L
・硬水: 180~300mg/L
・きわめて硬水: 300mg/L以上


ここで、今回使ったミネラルウォーターのラベルに表示されている硬度、水100mlあたりのカルシウム量とマグネシウム量の合計と、実験2で得られた水10gを蒸発させた後にカップに残った重さを10倍し、水100gあたりの残分を表にしてみた。

ラベル表示
の硬度
(mg/L)
ラベル表示の
カルシウム量と
マグネシウム
量の合計
(mg/水100ml)
水100g
あたりの
蒸発後の
残分
(mg/水100g)
蒸留水
局方精製水
水道水
サントリー天然水
スーパー保存水
紀の国 大地の水
コントレックス



20
29
4.6
1468



0.68
1.1
0.2425
54.25
0
0
7
11
3
19
202

ここからわかることは、

・カルシウム量とマグネシウム量を合計した重さより、実際に水を蒸発させた後の重さの方が多い。
ミネラルウォーターには、カルシウム、マグネシウム以外のものも、たくさん含まれている(カリウム、ナトリウムなど)
・水道水の硬度はわからないが、軟水の紀の国 大地の水よりも蒸発後の残分が少ないので、水道水も軟水だと思う。
・精製水と蒸留水からは何も残らなかったので軟水。



次に、硬度と電流量を表にしてみます。

硬度
(mg/L)
水100gあたりの
蒸発後の残分
(mg/水100g)
電流量
(mA)
蒸留水
局方精製水
水道水
サントリー 天然水
スーパー保存水
紀の国 大地の水
コントレックス



20
29
4.6
1468
0
0
7
11
3
19
202
0.01
0.01
0.42
0.24
0.18
0.15
3.74

ここからわかることは、

・軟水よりも硬水の方が電気が流れやすい。
・蒸発後の残分がないと電気が流れにくい。
・蒸発後の残分が極端に多いと、電気は流れやすい。


など、硬度と電流量の関係をまとめればいいでしょう。

あとは、実験1でコントレックスに電気を流したとき、電極から泡と白い物が出てきた理由を書きましょう。
ここではあえて書きませんので、これくらいは自分で調べてね。
キーワードは『電気分解』。

マイナス極から出てきたのは何の泡で、プラス極から出てきた白いものは何かを書けばOK。
さらに、それらがどうやって発生したのかまで書けば完璧。

でも、中学生レベルでは、プラス極の白い物体はちょっと難しいかも。

まあ、今見ている画面の上の方にキーワードを入れたら、検索結果がいくらでも出てくるっちゅーもんだ。
ボクらが学生時代にはインターネットで調べるなんてことはなく、紙の媒体を必死で調べるしかなかった。
いや~ いい世の中になったねぇ。

実はこの他にも水の水素イオン濃度(いわゆるpH)も測定したけど、レポートに書くのはヤメました。

pHも試験紙ではなく、校正を受けたpHメーターを使ったんですがね。
Jykenk14

と、こんな感じの自由研究レポートでした。

レポートを書く上で大切なことは、ただ結果を書くだけではなく、その結果からどういうことがわかるか、自分は実験をするまではこう思ってたけど、実験をしてみると実はこうだった、みたいな考察をしっかり書くことでしょう。

このポイントを押さえれば、中学生レベルであればどんな内容でもいい評価がもらえると思います。

では、頑張ってくださ~い!

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