固体、液体、水溶液で電気が流れるか調べる実験で物質の結合状態に迫る

固体の亜鉛は電流を通しました。

液体状態の亜鉛を調べるにはガスバーナーで亜鉛を融かした後、ガスバーナーで熱した状態のまま電極を入れて下さい。※突沸の恐れがあるので、試験管の口は絶対に人に向けないで下さい。また、熱に強いPIREXの試験管を使ってください。

亜鉛は水に溶けないため水溶液の実験はできませんでした。

水酸化ナトリウムは固体の状態では電流を通しませんでしたが、液体状態、水溶液の状態では電流を通しました。塩化ナトリウムも同様の結果でした。

砂糖は固体状態、液体状態、水溶液のどの状態でも電流をながしませんでした。酢酸は固体状態は調べられませんでしたが、液体、水溶液の２つの状態では電流を通しませんでした。

固体◯、液体◯、水溶液？

固体✖、液体◯、水溶液◯

砂糖→固体✖、液体✖、水溶液✖

酢酸→固体✖、液体✖、水溶液◯

物質の電流の通しやすさには３つのパターンがあることがわかりました。子どもたちににはこの３つの物質の違いを考えさせたいです。正解は化合している物質の種類です。

①亜鉛は金属と金属、②水酸化ナトリウム、塩化ナトリウムは非金属と金属、③砂糖、酢酸は非金属と非金属になります。そしてこれはそのまま物質の結合方法に関係してきます。

①金属結合、②イオン結合、③共有結合

結合方法から電導性について考えていきます。

金属結合もつ物質は自由電子によるクーロン力で結合しています。固体状態でも液体状態でも自由電子があるため電流が流れると考えられます。

塩化ナトリウムではプラスの性質をもつナトリウムと、マイナスの性質をもつ塩素が電気的に結合しています。固体状態では自由に動けるイオンがなく、電流を通しません。しかし、液体の状態ではイオン結合が切れて塩化ナトリウムはイオンに分かれます。そのため電流を流すようになります。

共有結合はイオンとは関係なく、電子の過不足で結合しています。非電解質の物質は固体、液体、水溶液の状態によらず電流を通すことはありません。

しかし、酢酸は注意が必要です。酢酸そのものは液体で分子構造は CH3COOH です。この状態ではイオンがないため電流は通しません。しかし酢酸に水を加えると
CH3COOH <—> CH3COO⁻ + H⁺
となり、イオンが生じるため電流を通すようになります。

電流が流れるか流れないかだけで、ここまで深く探求活動が行えるんですね。生徒にも作業ではなく、深く探求できる実験をさせていかなければならないと改めて感じました。