2017年09月の記事
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オキシフル中のH2O2濃度の測定；酸化還元滴定
高校基礎化学、理系２年を受け持ってます。２週間ほど前に「食酢中のCH3COOH濃度の測定；酸塩基滴定」を終えたところで、授業は進み酸化還元反応へ。そこで、滴定操作を定着するために、今度は「オキシフル中のH2O2濃度の測定；酸化還元滴定」を生徒実験しました。３−４人班で10班。説明から片付けまで50分の実験授業です。実験プリントはA4版2ページで、計算・考察など記入して翌日の授業で提出です。そして、実験前の説明の板書です。字が汚くて、恥ずかしいのですが、参考になればと思い写真貼ります。さらに、レポートの一例荒っぽい滴定ですが、オキシフル中のH2O2は3%と満足な値を出しています。
2017.09.27
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生徒実験ファラデー定数を求める：定電流電源装置12台完成
本ブログ9/5 定電流電源装置を一台1500円で作ります 本ブログ9/6電気分解用1500円定電流装置の配線と設定 本ブログ9/8 実験：ファラデー定数を求めるで開発過程を紹介していました定電流電源の量産が終了。10月の生徒実験に向けて、予備実験段階にはいりました。冒頭の写真は、定電圧電源とアダプター12V2Aです。大きな電源装置を使うことなく、電圧と電流も表示できます。電流は1A前後に調整・校正してあり、電解液の濃度や温度が変わって、電階層の内部抵抗が変わっても設定した1Aを保持します。（もし事故で、傳教同士が触れ合っても1Aで装置が壊れることはありません。）次の写真は、裏側です。配線については9/6の記事をみてください。蓋をしてありません。ショートの心配があるところは熱収縮チューブで保護しています。また、使用時には上むきになり、液体をこぼしても、内部に入り込むことはないでしょう。蓋をしない理由は積み重ねができるように。下の写真です。生徒実験の実験キットは保管にとかく場所をとるものです。年中使う装置ではありません。収納スペースもしっかり考慮しました。また、12セットを取り出し実験台に配布するときにこうして重なっていると落とすこともなく安心です。
2017.09.25
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自分ならどんなスターラーを作るんだろう？
先日、キットで購入した電池式スターラーがとても便利でした。1Lビーカーまで乗る大型のものです。マグネチックスターラーを作って見ました8/14H２９全国理科教育大会埼玉大会「科学の広場」で見つけた[１]8/11「電源コードをつながなくてもよい」ということは、実験がこんなに自由になるものだと実感しました。しかし、もっと小さな50〜100mLくらいのビーカーが乗る電池式スターラーが欲しくなりました。小さければ小さいほどよい、滴定や少量の実験で使えるものです。そこで、Newone 3V-5V 強力矩 静かな 遊星ギヤーボックスセットモーター 直径10mm 減速モーター マイクロ 55RPM-98RPM動作電圧：3V 空車電流：60MA 回転速度：50RPM；動作電圧：5V 回転速度：80RPM；出力軸は6歯；重量：4gというモーターを買ってみました。乾電池２本で1分間60回転、遊星ギアがついていて力もありそう。スターラーにちょうど良さそうです。それにしても、ちっちゃい！アマゾンで5個、送料込みで1530円（一個310円）。スピードコントローラーは、これを試してみたいと思います。Hommy 5Aミニ DC モータ PWM 速度コント ローラー 3V-35V スピード コントロール スイッチ LED 調光器説明： 作動電圧:DC 3-35V 功率:90W 静態電流：0.015A（待機状態） PWM週波数：10khz PWMデューティ比:1%-100%アマゾンで１個、送料込みで231円。どんなケースに入れて、どんな機能を持たせるのか、これから考えます。
2017.09.24
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米粒１つの質量；やって見ないとわからない！
軽すぎて質量が測定できない原子は一定数集めてはかりいつ部の質量を計算する。原子１粒の質量がわかれば、純物質を作る分子や原子の数が計算できる。そんな計算に物質量[mol]が使われますが、原子があまりに軽く、1molがあまりに多い(6.02X10^23)ので,計算のイメージが伝わりにくい。そこで、米粒や大豆などが例として使われます。「100gの米粒があります。この米は何粒あるでしょう。その数え方を考えなさい」とか「１粒0.02gとわかったら、計算によって粒の数がわかりますか？」とか「大豆100粒の質量が〇〇gでした。米粒100粒100粒の質量は▲▲gです。大豆1粒は米1粒の何倍の質量でしょう？」などと、原子量や分子量の導入に使われます。で、適当に測ってみようと思っていましたら、実習助手さんが熱心な方で詳細なデータを取ってくれました。まさに、「やって見ないとわからない！」冒頭の写真が精米された「ゆめぴりか」シャーレには100粒入れてあります。100粒ずつの質量を１mgまではかります。これを30セット3000個の米粒を数えて質量を測ってくれました。結果は下のヒストグラムです。100粒で約２g。小数３桁目(1mg単位)を四捨五入してヒストグラムにしました。その平均値と中央値です。精米「ゆめぴりか」では100粒で2.05g結論は、精米「ゆめぴりか」一粒では0.0205gどうぞ、授業でご利用ください。ちなみに、お茶碗一杯は米3000粒だそうです。下の写真くらい
2017.09.21
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赤いガラス：金コロイドの色
小樽で見た深く濃厚な赤いガラスです。小樽から、小樽硝子の赤これは金コロイドの赤ですが、その原理を調べて見ました。キリヤ.Q&A http://www.kiriya-chem.co.jp/q&a/q71.htmlから以下引用です。金ナノ粒子の溶液（100Å = 10 nm）は赤色で、粒径が小さいと黄色、大きいと青く見えます。この溶液の吸収スペクトルでは、530 nm付近に吸収があります。緑を吸収するので赤と青の光が反射して赤になります。金属の表面に光が当たると、表面のごく薄い層に存在する金属イオン、自由電子などが、光のエネルギーを吸収して共鳴振動を起し、その振動のエネルギーを表面より放出します。これが、金属からの光の反射です。光の反射が可視光線全域で起これば、全ての波長の光を反射するので、鏡のようにピカピカになります。 色の違いは光の波長の違いです。金は黄金とよばれ黄色を帯びていて、銀は白っぽく、銅は銅赤色とよばれ赤味を帯びています。[引用以上]さて、なぜ10nmの金コロイド粒子は緑の色を吸収するのでしょうか。粒子径が小さいため、自由電子が自由に動けず全ての可視光を吸収して、緑の色の波長を反射できないためです。Wikipediaに下のような写真がありました。金コロイドの粒子径とコロイド溶液の色を対比したものです。
2017.09.20
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台風18号、小樽に接近中
明日帰る予定で小樽にきています空路羽田、陸路埼玉です。現在台風18号は小樽に接近中。たぶん明日は通過し、飛行機が飛んでくれると思います各地で散々被害をだしながら、衰える様子もなく函館や長万部などでも被害を広げています。雨量50mm/h最大の防災設定を越えています。とりあえず新千歳空港まで鉄道は動いていますが明日まで何が起こるか心配です。現在新千歳空港では全て欠航、払い戻しやキャンセル待ちで列が100mを超えているようです。いま、小樽は小康状態。雨は降ってますが、ひどくありません
2017.09.18
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小樽から、小樽硝子の赤
小樽に所用で来ています。小樽運河周辺は観光地としてよく開発されており古い倉庫を生かしたお店がたくさん。おもしろかったのはガラス器屋さん。駅よりから大正硝子、南小樽駅方面に北一硝子の店があります。器の中で特に魅了されたのが赤い硝子。鮮やかで、深い赤です。上の器は6cmくらいです。数が少なく、価値があるのは色を出すのがとても大変だからだそうです。この赤は金コロイド。10nmくらいで赤くなるそうです。
2017.09.17
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人件費、時給は887円
ファラデー定数を求める生徒実験用の器具を作っています。実験：ファラデー定数を求める毎日少しずつです。今回はバナナチップとワニ口クリップを赤黒ケーブルの両端に接続、各10本製作しました。ケーブルの両端をカットしてそれぞれ半田付け。ボチボチやっていると実習助手さんが見かねて手伝ってくれました。２人で約1.5時間で作りました。ーーーーー材料費：学校出入りの業者に注文、購入。ケーブル赤黒10m：420円X2=840円バナナプラグ赤黒10個：2160円X2=4320円ワニ口クリップ赤黒10個：780円X2=1560円合計：4140円 １本あたり 207円ーーーーーかなり高いものにつきましたが、完成品を買うとミノムシクリップーバナナチップで6800円 一本あたり 340円（ワニ口クリップのものは販売されてなかった）工作は２人X1.5時間＝延3時間さて、時給換算すると(6800-4140)円➗3時間=887円です。完成品には妥当な時給が上乗せされていたのですね。最も業者を使わず楽天やアマゾンを使うとはるかに格安になります。例えば、Amazonでワニ口クリップを検索すると赤黒各50本計100本で1580円です。また、楽天ではワニ口クリップ（小） 赤 黒 1袋10個2017/09/14の価格で648円でしたワニ口クリップコードセット(10本セット)CM112017/09/14で458円でした
2017.09.14
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生徒実験について思うこと
中和滴定の実験が終わりました。食酢を10倍に薄め、濃度既知の水酸化ナトリウム水溶液で滴定します。事前の講義15分の内容です。水酸化ナトリウムは潮解性などがあり、質量を計って正確な濃度の溶液を作れない。そこで、シュウ酸標準溶液で滴定し、水酸化ナトリウム水溶液の濃度を決めてから目的の酢酸を滴定して濃度を決める。という全体の流れの話です。実験はこうして決めた水酸化ナトリウム水溶液を使って別の日に50分で行います。器具の使い方の注意はこの実験直前に行います。当日の板書感染症の心配がありますので、安全ピペッターを使いました。ーーーーーーーーーーーーーーーー＜実験操作＞食酢を正確に10倍に薄めるビュレットに濃度既知の水酸化ナトリウム水溶液水酸化ナトリウム水溶液を入れるフェノールフタレインを指示薬として加える３回以上滴定を行い。ずれた滴定値を外して平均を取る＜レポート＞有効数字を考慮して酢酸のモル濃度を求める酢酸の％濃度を求める「共洗い」の必要なガラス器、不要なガラス器の理由を説明するーーーーーーーーーーーーーーーーーガサツな生徒もいるので、実際の実験では水酸化ナトリウム水溶液を加えすぎて真っ赤っかにしてしまう班もありましたが、慣れてくると薄いピンク色で終点を迎え、だんだん上手くなってきます。生徒は実験が下手です。問題集の問題はよく解くことができる優秀な生徒ですが、目の前の実物を操作しながら理屈を考え、正確に実験を進行することはできません。今更思うのですが、手を動かしながら、実験の原理に頭を使うのはかなり高度な素養を必要とします。フェノールフタレイン溶液の入った滴瓶を開け、滴下することのできない生徒もいます。化学実験の経験が圧倒的に不足しています。高校化学をやるまでほとんど実験をしてこなかったのでしょうね。様々な、中にはやんちゃすぎる生徒もいる中学では生徒実験を行うのは困難ですよね。そもそも、中学も高校も実験を実施するには授業時数が少なすぎる。実験を準備するには先生方が忙しすぎる。授業のペースを落とさず、大学受験に対応できるようにしながら、生徒実験を入れていくのは至難です。でも、「化学」はモノを見る学問であり、教科書や問題集、資料集だけで終わってはいけないと考えています。少なくとも、研究者になろうなどと野望を抱く生徒は、受験に成功して大学に入ってから困ります。卒業生から時々聞くのですが、大学に入り、「学生実験の時、同期の学生が器具を前にして何もできない。説明受けても、手が動かない。なんのために理系にいるのか？」何も生徒実験してこなかったのでしょう。問題は解けて受験を乗り越えても、モノを扱い、見るセンスが磨かれていないのは、気の毒です。
2017.09.13
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ハンダ付けの道具を買いました
ハンダ付けの道具；半田ごてとクリップ・拡大鏡を買いました。これから電気分解用定電流電源を10班分作らないと生徒実験ができません。電気分解用1500円定電流装置の配線と設定今まで使ってきた半田ごてのこて先が腐食し、ハンダののりが悪くなったので能率が上がりません。そこで、温度調節できるはんだごてと部品を掴むクリップ付きこて台を買いました。こて台はルーペと照明がついており、このところ酷くなってきた老眼を補ってくれるでしょう。半田ごてはセラミックヒーターで加熱が早い。また、手元のスイッチでオン・オフができる。さらに、黄色丸のつまみで温度調節(200-450℃)ができる。こて先が簡単に交換できる。など、できるだけ便利なものを選びました。実は、半田付けキットでこて台、リード線赤・黒、こて先６種、ハンダ、ハンダ吸い取り器、リード線むき、ピンセットが入っています。同じ半田ごてがほぼ同額で出ていたので、評価も参考にしながらこのキットにしました。2488円でした。今のところ、ワイヤーストリッパー（リード線むき）はあまり使い勝手が良くない以外は問題なく使えそうです。1,480円でした。ルーペ付きスタンドは基板を支えられるように２つクリップが付いており、自在に曲げられるアームが付いていますが、あまり重いものは支えきれないでしょう。リード線や小さい基板を支えてくれるだけで助かります。はんだごて持って、ハンダ持ったらもう手が足りません。工作の出来上がりの良し悪しは道具にかかっています。amazonでMade in Chinaですが、最近は品質が良くなり、侮れません。これ使って、定電流装置を作っていきます。道具の詳しい使い勝手・評価は使い込んでから行おうと思います。楽天でも色々見ました以下のものが候補です。【改良スイッチ付き型】【送料無料】ipow 7in1ダイヤル式 電子ハンダゴテ 半田ごて はんだごて 半田コテ スイッチ付き 温度調節可能（200〜450℃）5個交換コテ先付き 収納ケース付き 溶接工具 DIY 作業工具 はんだごて セット紹介したものとは、ちょっと異なりますが、実は迷いました。同等品です。ハンダごてスタンド 基盤ホルダー・大型ルーペ付 ★ハンダ付け作業に便利!★[送料無料(一部地域を除く)]【YDKG-kd】【smtb-KD】[時計工具] 02P03Dec16こてスタンドとしてこちらの方が部品をしっかりホールドできそうです。
2017.09.11
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実験：ファラデー定数を求める
硫酸銅Ⅱ水溶液を銅電極で電気分解し、ファラーデー定数を求める実験を検討しました。生徒実験が簡単にできるよう、安価な定電流装置を自作し、10実験班で30分の実験時間を予定します。＜実験＞参考にする埼玉県O高校の実験書です。予備実験では①100mLのビーカーに約1mol/Lの硫酸銅Ⅱ水溶液を100mL用意します。②常温25℃と60℃に加熱した水溶液の２通りで電気分解して検討します。③電極は3X8cmの銅板を紙やすりでよく磨いて、感量0.001gの電子天秤で測り記録します。④電極は割り箸に輪ゴムで止めて使います。電極間隔は約5mmほどになります。電解液にセットすると液に４cmほど浸ります。⑤定電流電源に繋いで10分ほど電気分解します。電流は定電流1Aです。電流値は微妙に変動（0.01〜0.06A）します。また電圧は時間とともに頻繁に変化します。25℃では3−４V、60℃では0.8-1Vでした。⑥時間を秒単位で600秒以上測り、電源を切ります。電極は割り箸に取り付けたまま200mLビーカーに入れた水でそっと洗い、さらに100mLビーカーに入れたアセトンでそっと洗ってドライヤーで加熱乾燥します。この作業の間電極から動画剥がれることがあります。できるだけ優しく洗ってください。また、剥がれてもあまり気にせず作業してください。⑦各電極の質量を測り、変化を記録します。以上で実験操作は終わりです。上の写真は定電流装置と実験の様子です。右写真の左端子には12V2Aの電源アダプターをつないでいます。電解槽の下は電池式スターラー。25℃では撹拌しないと電流値が大きく振れ、定電流電源ではカバーできなくなったので、スターラーを使いました。電解液を60℃に加熱し、そのまま保温せず電解した時は撹拌していません。＜実験結果＞実験結果を次の表に示します。電流値は微妙に変動するので代表値を記録しました。＜実験１＞常温で撹拌しながら電気分解陽極ではCu→CU2++2e-の変化が起こり、電極の質量は減少するのですが、結果は増加原因は究明中ですが、加熱した方が良いという結論です。＜実験２＞液温59℃まで加熱して電気分解＜実験３＞実験２で使った液をもう一度使って電気分解100mLとはいえ大量の硫酸銅Ⅱを使います(１クラスで250g）。もったいないので再利用できるか試しました。結論は再利用可能です。＜計算と評価＞計算値を示します。誤差が小さいのは60℃に加熱した液で陽極側の減少を使ったもの−1.5%でした。陰極側の増加量を使ってもそこそこの値が出ています。＜1500円でできる電圧電流計付き定電流装置＞以下の記事で作り方、部品について紹介しています。1つ1500円以内で作ることができます。電気分解用1500円定電流装置の配線と設定定電流電源装置を一台1500円で作ります
2017.09.08
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電気分解用1500円定電流装置の配線と設定
前回、銅の電気分解実験用定電流装置のコンセプトとパーツを紹介しました。定電流電源装置を一台1500円で作ります ＜作り方＞プロトタイプが完成しましたので作り方と配線を紹介します。箱はDAISOでスタックできるプラ箱をかいました。電流電圧計は瞬間接着剤で貼り付けてあり、定電流基板は厚手の両面テープを小さく切って貼り付けてあります。この箱にターミナルをつけて、入力と出力に使っています。完成版では、電源アダプターを直接つなげるコンセントを入力側につけるつもりです。さて、配線は複雑ではありません。電圧電流の測定は付属のリード線の太赤・太黒・太青を、駆動用の電源は細赤・細黒をアダプター側に繋ぎます。定電圧電源用基板のOUT+-を電流電圧計に通して出力に持っていきます。ハンダ付けしたら、蓋はしません。実験が終わったらスタックして保存するためです。＜調節・設定の方法＞1.出力側をショートします。定電流なので短時間なら回路は壊れません。2.電流計を見ながら電流調節ネジを回して、電気分解で必要な1A近くに設定します。 (調節ネジは何回転もできます。目標の電流に向けてドライバーで回してください。)3.電圧調節ネジで10V程度に設定します。 (アダプターが12Vなので11Vまでしか上げられない)4.ショートを外します。これで、電解槽につなぐと設定した電流が流れます。電圧はこの間変化して電流を一定にするよう頑張ってます。この次は、いよいよ実際の電気分解でファラデー定数を求めてみようと思います。
2017.09.06
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定電流電源装置を一台1500円で作ります
ファラデーの法則を検証するために「1molの電子の持つ電気量は96500Cである」ことを生徒実験で確認します。実験は硫酸銅(Ⅱ)溶液1mol/Lを銅の電極２枚で電気分解します。この時、通常の電源を使うと電流が変動するので、定電流電源を使い1.0Aを常に保持して電気分解する必要があります。県内O高校の実験書です。しかし、電源がありません。定電流電源装置をいろいろ探しましたが、１台３万６千円で、１０班分用意すると36万円です。学校の予算では買えない（泣）ので、作ることにしました。いつものAmazon頼りで一台1500円、１０班で１万５千円。まずは、バラックで実験し、うまくいったらケースに収め10セット作ります。バラックで実験した様子はこちら1mol/Lの硫酸銅(Ⅱ)水溶液100mLをビーカーに入れ3cmX10cmの銅板２枚を割り箸に輪ゴムで止めて(間隔5mmくらい)ビーカーに浸します。電源は12V2Aのアダプター、定電流ユニット基盤を間に入れてアッテネーターで電流値を1Aに調節します。写真では、1.02A(青)で定電流。電解中電圧(赤)は頻繁に変化します。材料は以下です。このあと、組み上げますので詳しい作り方は後ほど紹介します。市販品ではこのような定電流電源がありました。【送料無料】アーテック 直流安定化電源装置 3個組 094107 ★★★ 【メーカー取り寄せ】※３個組とあるけれど、１個あたり1,9000円くらいかなぁこれは、電流制限モードもあるので定電流でいけるかもしれない。要問い合わせです。byベンゼン屋
2017.09.05
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USB電流電圧チェッカーを壊しました泣
表示がはっきりしており、安価なので生徒実験用の電流電圧計に利用しようと耐圧実験をしてました。このために使った治具がこれ。USBから電源を取り出すもので、写真左がオス、右がメスです。図は端子正面から見たものです。先にはミノムシクリップを取り付けてあります。測定範囲が3-7.5Vなのですが、それ以上の電圧で測れるものもあるので12Vをかけました。すぐに、ピシッと小さな音が出て、表示が消えました。一気に壊しました。やはり、仕様に従って使わないといけないですね。こうした使い方自体、イレギュラーなのですから、自己責任です。
2017.09.03
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ATP アデノシン三リン酸を作ってます（３回最終回）
ATP アデノシン三リン酸を作ってます。今回で完成です。実はリン酸用7cm球が不足してADP アデノシン二リン酸までなのですが、あとは同じようにリン酸を作ればATPができますので勘弁ください。前回はリボースまで作りました。今回は、アデニンとリボースをつけリン酸を磁石で着くように作って完成を目指します。上の写真はADP=アデノシン二リン酸です。ATP アデノシン三リン酸を作ってます（２回目リボースを作る）＜アデノシン＞アデニンとリボースをつなぎ(N-グリコシド結合)、CH2Oをリボース酸素原子(赤)の右横の炭素原子に接着します。接着したCH2Oの酸素原子のあきにはネオジム磁石S極を接着し、梱包用保護テープで補強しておきます。ここにはあとで作るリン酸のリン原子についたN極が張り付きますので、極性を考えて貼ってください。さらに、アデニンの窒素原子(青)にリボースの酸素原子の左横の炭素原子に接着します。ATP アデノシン三リン酸を作ってます（１回目アデニンを作る）の構造式と下の写真を参考にして作ってください。続いてリン酸を作り２箇所に磁石を貼り付けます。＜リン原子＞リン原子Pは7cm球を使います。分子模型定規の52mmの穴を使って正四面体型に４箇所カットします。カットした円と次のカットする円の間隔は5mmがいいです。写真では茶色に塗りました。橙色でもいいかと思います。酸素原子とのコントラストを考えました。＜酸素原子＞リン酸基１つについて、酸素原子は6cm球を分子模型定規の52mmの穴を使って１箇所カットしたもの１つ、V字に２箇所カットしたものを２つ作ります。これらは赤く塗装します。酸素原子のうち一つはスチロール球5cmを半分（分子模型定規49mmの穴で真っ二つにカット）にして水素原子にしたものを接着します。＜リン酸＞リン原子に３種の酸素原子を接着します。ーOHの向きは上写真の方向が良いでしょう。上写真にはリン原子に一つ空いた円の中央に、酸素原子の円の中央にネオジム磁石を貼り付け、梱包用透明テープで補強しました。酸素に磁石N極をつけたら、リンには磁石S極を上になるようつけてください。これで、リン酸同士は繋がります（高エネルギーリン酸結合）。＜水素原子＞ リン酸の端につきますスチロール球5cmを半分（分子模型定規49mmの穴で真っ二つにカット）にして水素原子にしたものに画びょうを接着します。１つ用意します。さて、これで完成です。上写真のように磁石同士をくっつけてブログ最上部の写真のようにアデノシン→アデノシン一リン酸→アデノシン二リン酸→アデノシン三リン酸と説明しながら、変形させることができるでしょう。
2017.09.02
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