技能一覧 › 高校化学 溶液の性質(知識)

チンダル現象・ブラウン運動・透析

チンダル現象(コロイド粒子が光を散乱して光の通路が見える)、ブラウン運動(分散媒の分子がコロイド粒子に不規則に衝突して起こる)、透析(半透膜を使って小さな分子やイオンを除く)を、現象の説明や身のまわりの例と結びつけて名称を答えられる

前提

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  2. 原子・分子と化学式 (中学理科 化学分野の用語と知識)
  3. 原子の構造と同位体 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  4. 電子配置と価電子 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  5. 共有結合と配位結合 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  6. 周期表と周期律 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  7. イオン化エネルギー・電子親和力・電気陰性度 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  8. 分子の形と極性 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  9. イオンと電離・電解質 (中学理科 化学分野の用語と知識)
  10. イオン結合と金属結合 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  11. 溶解のしくみ(水和)と極性による溶けやすさ (高校化学 溶液の性質(知識))
  12. コロイドの分類 (高校化学 溶液の性質(知識))
  13. 原子量・分子量・式量 (高校化学 物質量と化学反応式)
  14. 物質量と質量・粒子の数 (高校化学 物質量と化学反応式)
  15. モル濃度 (高校化学 物質量と化学反応式)
  16. 実験器具の使い方と安全 (中学理科 化学分野の用語と知識)
  17. 状態変化と粒子・融点・沸点・蒸留 (中学理科 化学分野の用語と知識)
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  19. 熱の移動と熱平衡 (高校物理 熱と気体(知識))
  20. 熱容量と比熱 (高校物理 熱と気体(知識))
  21. 状態変化と融解熱・蒸発熱 (高校物理 熱と気体(知識))
  22. 分子間力と沸点 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  23. 結晶の種類と性質 (高校化学 物質の構成と化学結合(知識))
  24. 三態の変化と粒子間の力 (高校化学 物質の状態と気体(知識))
  25. ボイル・シャルルの法則と理想気体 (高校物理 熱と気体(知識))
  26. 気体分子運動論 (高校物理 熱と気体(知識))
  27. 熱運動と分子の速さの分布 (高校化学 物質の状態と気体(知識))
  28. 気液平衡と蒸気圧 (高校化学 物質の状態と気体(知識))
  29. 沸騰と外圧 (高校化学 物質の状態と気体(知識))
  30. 質量パーセント濃度 (中学理科 水溶液)
  31. 質量モル濃度 (高校化学 物質量と化学反応式)
  32. 蒸気圧降下と沸点上昇 (高校化学 溶液の性質(知識))
  33. 半透膜と浸透圧 (高校化学 溶液の性質(知識))

説明

コロイドには、ふつうの溶液には見られない性質があります。この技能では、光の通り道が光って見える「チンダル現象」、コロイド粒子が不規則にふるえるように動く「ブラウン運動」、半透膜を使ってコロイドから小さな分子やイオンを取り除く「透析」の 3 つを学びます。現象の説明や身のまわりの例を読んで、それがどの現象・操作かを名前で答えられるようになります。

なぜそうしてよいのか

コロイド粒子の直径はおよそ 〜 で、ふつうの分子やイオンよりずっと大きく、光の波長(可視光でおよそ 〜)に近い大きさです。このくらいの粒子に光が当たると、光がさまざまな方向に強く散らばります(散乱)。そのため、コロイド溶液に横から強い光を当てると、光の通り道が明るく光って見えます。これがチンダル現象です。ふつうの溶液の分子やイオンは小さすぎて光をほとんど散乱しないので、光の通り道は見えません。森の中に差し込む光の筋や、霧の中で車のライトの光の筋が見えるのも、空気中の細かい水滴やちりによる同じ現象です。

チンダル現象で光った粒子を顕微鏡(限外顕微鏡)で横から観察すると、光の点が不規則にふるえるように動いているのが見えます。これは、熱運動している分散媒(水など)の分子が、コロイド粒子に四方八方からぶつかり、そのぶつかり方がたまたま偏るたびに粒子が押されるためです。この動きをブラウン運動といいます。コロイド粒子自身が自分で動いているのではなく、目に見えない溶媒分子の熱運動の証拠になっている点が大切です。

コロイド粒子は、ろ紙のすき間は通り抜けますが、セロハンなどの半透膜のすき間は通れません。一方、水分子や小さな分子・イオンは半透膜を通れます。そこで、コロイド溶液をセロハンの袋に入れて純水(流水)に浸しておくと、小さな分子やイオンだけが膜を通って外へ出ていき、袋の中にはコロイド粒子が残ります。このように半透膜を使ってコロイドを精製する操作を透析といいます。腎臓の働きが弱った人の血液から不要な物質を除く人工透析も、この原理を利用しています。

手順

  1. 説明文が「光」についてのものか、「粒子の動き」についてのものか、「膜を使った分離」についてのものかを見分ける

  2. 横から光を当てて光の通り道が見える → コロイド粒子による光の散乱なので「チンダル現象」と答える

  3. コロイド粒子が不規則に動く(分散媒の分子が衝突するため)→「ブラウン運動」と答える

  4. セロハンなどの半透膜で、小さな分子やイオンを除いてコロイドを精製する →「透析」と答える

例題

塩化鉄(III)水溶液を沸騰水に加えてつくった水酸化鉄(III)のコロイド溶液には、水素イオンや塩化物イオンなどの小さなイオンが含まれている。このコロイド溶液をセロハンの袋に入れて純水に浸しておくと、小さなイオンだけが袋の外へ出ていき、コロイド溶液を精製できる。このように半透膜を用いてコロイド溶液を精製する操作を何というか。

例題の解答

手順 1 で、この説明は「膜を使った分離」についての記述である。

手順 4 を使う。セロハンは半透膜で、水分子や小さなイオンは通すが、コロイド粒子は通さない。そのため、袋の中のイオンだけが外の純水へ出ていき、水酸化鉄(III)のコロイド粒子は袋の中に残る。このように半透膜を使ってコロイド溶液から小さな分子やイオンを除く操作は透析である。

答え:

透析

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題