2017年11月の記事
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2学期期末テスト 「気体の法則・溶液・溶解度」マインドマップ２
2学期期末テスト 「電気分解・気体の法則・溶解度」マインドマップ１⇦１１／２８ブログへのリンク2学期期末テストの試験範囲は 「電気分解・気体の法則・溶液・溶解度」です。昨日11/28のブログで「電気分解」のマインドマップを掲載しました。今日は、「電気分解・気体の法則・溶液・溶解度」です。この中で、最も矢印が伸びている（理解の基礎となっている）のは「分子間力」であることがわかります。
2017.11.29
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2学期期末テスト 「電気分解・気体の法則・溶解度」マインドマップ１
勤務校では化学基礎・化学を２年生４単位・３年生３単位です。私は２年生に化学基礎・化学を教えています。定期試験前に試験範囲のマインドマップを作り配布しています（写真）。その一部「電気分解：ファラデーの法則」です2学期の中間試験以下です。①電気分解「ファラデーの法則」②物質の状態「気体の法則」③固体と気体の溶解度②・③は後日アップします。生徒にとって、範囲が広く苦労する内容です。せめて①項目間の関連性を構造的に理解してもらいたい②わからない項目がある場合、どこに戻れは理解の手助けになるかわかる以上の目的で作っています。
2017.11.28
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ボイル・シャルルの法則、PVT３次元グラフ模型の修理
ボイル・シャルルの法則、PVT３次元グラフ模型 ←11/15ブログ長い間、日にさらされていたので中の色糸が弱くなり、ちょっとしたことで切れてしまいますので、レース用の色糸を100円均一で２色買い補修しました。色糸は針に通して、アクリル板で作った20cmの立法体の箱にラケットのガットを張るように通していきます。全長７mの糸を２重にして（３.５m）使いました。赤と黄色にしたかったのですが、なかったので緑にしました。体積Vと温度Tの赤糸からはりました。＜シャルルの法則＞縦軸体積1目盛5L、横軸温度1目盛50Kにしてあります。そして、圧力Pと温度Tの緑糸。緑糸；横軸温度T、縦軸圧力Pとなります。温度と圧力は比例（体積）一定圧力は1目盛0.2atm。1atmごとにテプラで数値を貼りました。箱内の黒線はボイルの法則で200Kごとに１枚づつアクリル板で作って箱内にはり、マジックインク黒で着色しています。レース糸（太）１つ１０８円を２本にして使ってグラフが強調されるようにしました。
2017.11.27
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PV＝nRT→気体の分子量測定の生徒レポート
PV=nRT→気体の分子量測定11/20のブログ（へのリンク）実験の生徒レポートが提出されました。以下は生徒の実験結果とCCl4四塩化炭素の分子量、および理論値(154)からの誤差です。毎年行っている予備実験では、何度やっても誤差３％以内に収まります。２クラス23班の実験結果です。誤差を計算させ、原因を追及させます。誤差がマイナスになる要因としては①冷やす時に丸底フラスコを傾けて、CCl4気体が流れ出てしまう②アルミ箔の締めが弱く、丸底フラスコを移動中にCCl4気体が漏れる誤差がプラスになる要因としては①CCl4液体の蒸発が完全でなく、丸底フラスコに液体が残っていたなどが、考えられます。生徒には、PV=(w/M)RTからM=(wRT)/(PV)のことを考慮して、V,w,T,Pの値についてMに与える影響を考えて欲しかったのですが.....我が校では20班(誤差+10.4%)の１名のみしっかりした誤差に関する考察をしました。彼の考察は「余分な四塩化炭素の気体がフラスコ外に出る前にフラスコをビーカーからあげてしまったから、W2が大きくなってしまい、誤差が生じた」まあ、実験はヘタクソだけど、合格かな....
2017.11.22
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PV=nRT→気体の分子量測定
本日、気体の状態方程式(PV=nRT)を使って、低沸点液体の分子量測定の実験を行いました。沸点76.8℃、分子量153.8の四塩化炭素を使って、その分子量を求める実験です(実験プリントは次回のブログで)。アセトンやヘキサン、クロロホルムを使う同様の実験がありますが、誤差の少ない分子量が大きいものをあえて選びました。麻酔性があり、発ガンの可能性があると言われていますが、微量かつ空気中への漏洩が少ないと考えられます。予備実験では誤差-3%でした。明日、生徒のレポートが集まります。生徒実験の誤差は明日以降に、おしらせします。
2017.11.20
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熱気球演示実験→PV=nRT
熱気球を作り、教室で飛ばしました。燃料は綿に含ませた少量の燃料用アルコールです。天井について、30秒くらいで燃え尽きて落ちてきます。この熱気球を作るコツはポリ袋をできるだけ軽いものにすることです。ダイソー20Lのゴミ袋でうまくいきました。ポリ袋の口のところに細いピアノ線とセロテープで縁取りをつけます。さらにピアノ線を曲げて脱脂綿をつける支えを作ります。ピアノ線を使ったのは同じ太さの針金や銅線では柔らかくて支えにならないと思ったからです。燃料抜きで８.９gでした。この重さなら楽々上がります。一方、東京推賞のゴミ袋（炭酸カルシウム入り）で同じサイズを作ると燃料抜きで１９g。トーチバーナーで予熱しても上昇しません。演示実験で授業を盛り上げて、理想気体の状態方程式の話。「なぜ熱気球は上がるのか？」PV=(w/M)RTを使って浮力を求めます。
2017.11.17
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ボイル・シャルルの法則、PVT３次元グラフ模型
気体の物性について高校「化学」ではボイル・シャルルの法則を学びます。P(圧力)、V(体積)、T(絶対温度)の３つの変数により気体は変化します。下の図は、Excelを使って描いた３次元のグラフですが、視点を変えることでボイルの法則やシャルルの法則が現れることを説明したかった。しかし、伝わりにく気がします。そこで、手に取ってグリグル回しながら観ることのできる３Dグラフの模型を作りました。付せんで見る方向のメモをはり、教室で生徒は順に回覧します。この間、他の生徒は授業と問題演習をしています。写真の左下(矢印の方向)から観るとボイルの法則の反比例のグラフが並びます。黒の曲線です。この時T軸は見えません。奥に行くほどPV(圧力X体積)値が高くなり、曲線は上の方に行きますが、これはT(温度)が大きくなるためです。さらに別の方向から見ると、シャルルの法則になります。下の写真の黄色い糸です。写真では（ちょっと見にくい）黄色い直線がV(体積：縦軸)とT(絶対温度：横軸)が比例していること表しています。P(圧力：手前から奥へ)軸は見えません。しかも、奥へ行くほど(P圧力が小さくなるほど)傾きが大きくなる様子もわかります。生徒は一人一人じっくりと眺めてくれました。３次元のグラフを理解するのはたいへんでしょう。「オオゥ！」響いてくれる生徒が一人でもいれば、作って回覧したかいが有ります。ほとんど自己満足なんですけど…これは、以前に作ったものですが、かなり大変でした。アクリル板をカットしてボイルの曲線を出すのが最も大変でした。立方体は結晶模型と同じように作り、方眼をカッターナイフで傷つけて描きます。あとは1mmのドリルで穴を開け、色糸を通して止めていきます。これはコツコツとやるしかない。
2017.11.15
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ID=インテリジェントデサインと米国
インテリジェントデザイン(以降ID)は「宇宙・自然界に起こっていることは自然科学だけでは説明できず、ある構想・意図・意思・目的を持った何者か(神?提唱団体は「神」を出さない)の働きによるものであることを科学として認めよう」という理論・運動です。1990年代にアメリカの反進化論団体や一部の科学者が提唱し始めました。「えー！あの科学技術が発展した米国で？」と思われるでしょうが、1987年最高裁判所：公立校における「創造論(IDの前身)」授業は違憲判決 このあと、教育委員会へ委員としてID論者の浸透が始まる1991年ギャロップ調査：47%(大卒では25%)「神がこの１万年のある時点で人間をほぼ現在の形に作った」と信じている。2004年CBS調査：55%の米国人が神が人を創造したと考えている。2005年ジョージブッシュ大統領発言：「インテリジェントデザイン(以下ID)を学校で教えられることは良いことだ」2005年ペンシルベニア州ドーバー学区：IDを生物の授業に取り入れることに反対の保護者による裁判2009年ギャラップ社調査：「進化論」を信じる人39%、全く信じない人25%イギリスでは1831年から36年のビーグル号航海で得られた知見とアイデアを1959年「種の起源」として自然選択説を発表したのですが、20年以上慎重に理論武装と証拠を積み重ねて出版したのにも関わらず、大騒ぎになりました。この辺りの経緯は面白いので後ほど取り上げようと思っています。「種の起源」発表後新聞に載ったダーウインの風刺画イギリスの自然科学と宗教の分離はハクスリー(ダーウインの番犬で有名)の教育活動を契機に起こり、それ以降、多くの議論がなされ自然科学と宗教は切り離されたのですが、アメリカはイギリスからの移民の国で、その議論はしないまま現在に至ってます。「ハクスリーの教会とマックスウェルの悪魔」M.スタンレー著（邦訳は未出版）はこの辺りの経緯を書いた本ですが、スタンレーはアメリカ公教育がID化することを恐れ、本当に最後の最後、最終章でID批判を恐る恐るしています（それが本書のねらい）。「利己的遺伝子」R.ドーキンスはイギリス人ですから、「神なんかいるわけねーだろが！」風な無神論的なことを書いても、何とか社会的な圧力も強く受けずに受け入れてもらってます。（ドーキンスをめぐる議論・批判は根強いです）米国中西部はいまだにID論者(キリスト教ファンダメンタリスト)が多くて、スタンレーも慎重です。このIDについては、米国は一神教がベースの国ですから、ちょい怖い。日本は伝統的に八百万の神。色々な神を受け入れてきた国ですから、「進化論」なんてとてもすんなり入ってきますよね。
2017.11.13
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科学・哲学・宗教って、みんな、世界を捉える手段ですけど…
２年ほど前から「科学と宗教（キリスト教）」というテーマで、小さな研究会に参加しています。キリスト教会から東京教区主事補S氏、化学者R大Y先生、化学者J医大Y先生と私の４人が中心になっている研究会です。他に参加者が数名加わることもあります。昨日の土曜日で12回目でした。科学は世界の理解にエビデンスを求めます。実験など再現可能なものの提出が求められます。哲学や宗教は世界の理解に「真・善・美・倫理」などの視点を持ち込みます。哲学はそれを考え続けますが、宗教は思考の最後に神が登場します。S氏とお二人の化学者はなかなか信心深いキリスト教信者です。この３人と無神論者の私がそれぞれの主張をレポートして議論するのですが、「科学と宗教ははじめっから立ち位置が違うので議論しようもない」と思われるでしょ？でも、次のことから私（無神論）には興味深くワクワクして参加しています。私のこの研究会でのテーマは次の２点です。①ニュートン、マックスウェル、ダーウイン…名だたる科学者はキリスト教と深い関わりのある信徒だった。これらの近代科学を革命的に進めた、科学者の宗教観は科学的な発想にどう影響を与えたのか？②キリスト教徒の参加者（化学者）の頭脳の中でどう科学と宗教は共存しているか？はじめに示した図はこの話を始めるに当たって、人間がこの世界を観るための思考の道具「科学・哲学・宗教」の関係を掲げました。めんどくさそうな話です。しかし、授業には科学史、特に、世界の見方の変化と科学の手法の確立を意識しておく必要があります。時々このテーマ「化学・哲学・宗教」をアップします。時々、お付き合いください。
2017.11.12
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生徒実験「ファラデー定数を求める」生徒のレポートから<その２>
硫酸銅(Ⅱ)の水溶液を両極に銅を使って定電流で電気分解し、銅電極の質量変化からファラデー定数を求める実験です。生徒実験「ファラデー定数を求める」生徒のレポートから←ブログ11/3へのリンクの２回目投稿(最終回)です。生徒実験の詳細については以下生徒実験「ファラデー定数を求める」実施しました←ブログ11/1へのリンク２クラス分の生徒レポートが出てきましたので全体をまとめます。結果は以下でした。実験番号は１から１９。２年理系１クラス目１〜９班、２クラス目１０〜１９班の結果です。緑・黄緑・青・灰色の欄が実験で求めたファラデー定数です。さらにその右に理論値9.649E+4からの誤差を示しました。12班の実験値の誤差が陽極＋10.09%、陰極+8.67%とやたら大きいですが、電極同士が触れてしまったことが原因だと思われます。（定電流電源ですので電極間が触れ、ショートしても電流値は変わりません）あとはそこそこいい値を出しています。この生徒実験はうまくいきます。是非やってみてください。定電流電源の作り方は以下のリンクから電気分解用1500円定電流装置の配線と設定←ブログ9/6へのリンク定電流電源装置を一台1500円で作ります ←ブログ9/5へのリンク定電流電源の校正についてはファラでーの法則生徒実験；電流計校正と予備実験←ブログ10/28へのリンク
2017.11.07
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小樽大正硝子「たれない醤油差し」土産
小樽土産をいただきました。先日、小樽に行った時なんとなく気になってたガラスの「たれない醤油差し」です。高さ8cm。表面はカットで模様が切ってあり、醤油を入れるととても綺麗そう。表面はガラスのふたと本体はスリで接続するようになっており、熟練のガラス職人が作る密閉できるスリ合わせになっています。ふたと本体に切りこみがあって、それぞれ合わせると醤油が流れるようになっています。くちばしのような先端に残った醤油は本体の受けを通って中に戻り、外側に漏れ出ないようになってます。よく、テーブルに醤油差しの底についた醤油によって輪が黒く残りますが、これはそれがなさそう。今は、プラスチックの醤油差しが多く売られていますが、ガラスの醤油差しは昔使っていたのでとても懐かしい。実験用のガラス瓶もこういうふたと本体のスリで密閉していましたが、今はプラスチックのフタばかりです。こういうのは職人さんの技量がよく感じられていいなぁ・・・欠点があります。実験用のガラス瓶でもそうですが、長時間放置してスリの部分に少しついた醤油が乾燥すると、ふたが本体にくっついてしまいます。小瓶ですから醤油を少しづつ入れて、使い切るようにします。
2017.11.06
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生徒実験「ファラデー定数を求める」生徒のレポートから
生徒実験「ファラデー定数を求める」実施しました11/1ブログの生徒レポートから、生徒実験の結果をアップします。２年１クラス9班（1班4人）の結果です。実験の取り組み方も様々ですが、次の表の結果を得ました。黄色が１F＝96485Cからの誤差です。銅陰極の増加分、銅陽極の減少質量からそれぞれ求めています。「電気量」は電気分解した時間X電流値、「変化量」は電気分解によって増減した銅の物質量、「ファラデー定数」（緑と青）は実験によって求められた１Fです。実験器具、実験方法、定電流電源については冒頭のリンクから11/1のブルグをご覧ください。
2017.11.03
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生徒実験「ファラデー定数を求める」実施しました
ファラデーの法則生徒実験；電流計校正と予備実験10/28ブログでは定電流電源電流計の再校正を行いました。今日(11/1)2年生１クラスで実験を行いました。説明用の白板です。さらに実験装置。実験プリントです。生徒は、7分ほど白板で理論と操作の説明を受けたのち、30分前後で操作と片付けをして、10分で結果の整理・計算をします。レポートは明日(11/2)提出です。なお、銅板の質量は１mgまで測れる精密天秤１台で順に測定します。銅板の洗浄・乾燥は1.純水で水洗い2.アセトンにつけて脱水3.ヘアードライヤーの温風で乾燥、という順に行い、すぐに精密天秤で質量をはかります。続いて、実験プリントです。この結果は、レポートを評価次第ブログにアップします。今日はここまで。
2017.11.01
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