色の付いた水が無色になっても、中にあったものが全部なくなったとはいえません。水を加えて薄めた場合、活性炭へ色素を移した場合、漂白で色素の構造が変わった場合は、見た目が似ていても物質の行き先が異なります。ここでは酸化によって色素の色が変わる漂白を、資料の読み方として考えます。
同じ「薄くなった」を分ける
希釈では、色素を含む液へ水を加え、一定体積あたりの色素を減らします。色素全体の量は、こぼれや分解がなければそのままです。吸着では、色素が液から別の物質へ移り、液の外に取り出せる場合があります。漂白では、色を生む成分が反応して性質を変えることがあり、薄めただけの説明では足りません。
色を見るときには、液の深さや容器、照明もそろえます。横から見る厚さが違えば、同じ濃さでも色の見え方は違います。「無色だった」という観察は、見た方法で色を認めなかったという意味です。無色の物質まで存在しないと断定したり、飲める水になったと判断したりはできません。
例題1 薄めただけならどれだけ残るか
色素を2mg含む100mLの液に、水を100mL加えます。体積は足し算でき、反応もないとします。全体に含まれる色素の量と、100mLあたりの量はどうなりますか。
答え・解説： 全体の色素は2mgのままです。液は200mLになるため、100mLあたりは1mgです。色が薄くなることと色素の全量が減ることは同じではありません。水を加える前後で「同じ100mLを採った場合」と「容器全部を見た場合」を分けます。
仮に液の色を一定条件で数値化し、その値が色素濃度に比例する範囲だったなら、測定値は半分になると予想できます。ただし目で見た色の濃淡が、あらゆる濃度で正確な比例になるわけではありません。比例という条件が資料にあるときにだけ、その計算を使ってください。
例題2 水を加えた対照と比べる
同じ色素液を二つに分け、Aには指定量の漂白剤、Bには同体積の水を加えました。両方とも同じ温度と容器です。直後の測定値はAもBも40、10分後はAが8、Bが40でした。この値が未反応の色素濃度に比例し、ほかの物質が測定へ影響しない模型では、Aの未反応色素は直後の何％ですか。また、単なる希釈だけで10分後の差を説明できますか。
答え・解説： 8÷40×100＝20％です。両方とも加えた体積が同じで、直後の値も同じなので、10分後のAだけの低下を希釈量の差で説明することはできません。漂白剤を加えた条件で、色素の変化が進んだと読むことができます。
一方、色素以外も含めた溶けている物質が80％減った、という答えにはなりません。20％はこの測定で捉えた未反応色素についての比です。反応して生じた無色の物質が液中に残る可能性もあります。計算が正しくても、何の割合かを広げてしまうと、科学的な説明は誤りになります。
反応の速さと最終量を取り違えない
5分で薄くなった液と10分かかった液を比べる問題では、反応が速いことと、最終的に多くの色素を変えられることは別です。最初の色素量や漂白剤量が違えば、同じ時刻の色だけで性能を決められません。時間ごとの記録を見て、初めの値、減り方、最後に残った値を分けて読む必要があります。
この題材は薬品の混合作業を勧めるものではありません。漂白剤は酸性のものなどと混ぜてはいけません。紙上で与えられた観察結果を扱い、実験操作は学校や製品の適切な指示に従う範囲とします。入試で必要なのは危険な試行錯誤ではなく、同量の水を加えた対照が何を確かめているか説明する力です。色の変化、反応、溶液中の総量という三つを区別して答案に書きましょう。
測定器の数値が何を表すかを確かめる
色の濃さを数値化した資料では、縦軸が色素の量に比例するという条件が必要です。目で見た色の印象が半分になったから、色素も必ず半分と計算できるわけではありません。光の通る距離、容器、測定する光の種類が違えば、比較の仕方も変わります。例題では同じ測定条件で未反応色素の量に比例する値を与えています。その条件を確認してから八を四十で割るのであって、あらゆる色の変化に二割という解釈を広げるのではありません。
漂白剤を入れた直後に色が薄くなった場合には、液を加えたことによる薄まりも混ざります。そこで対照側にも同じ体積の水を入れ、直後の値をそろえています。さらに温度や待ち時間をそろえれば、時間の経過による変化を比較できます。「何も加えない容器」が常に最適な対照なのではなく、調べたい働き以外を合わせた容器が必要なのです。水を足しただけで起こる変化を、漂白の証拠にしないための設計です。
無色になった液でも、その中に物質が残っているかどうかは別の検査になります。色素の構造が変われば見える光の吸収が変わり、色がなくなっても物質の質量そのものが消えたわけではありません。蒸発残留物や電気の通り方など別の測定を考えられますが、それぞれ測っている対象は異なります。見えなくなったという一つの観察から「純水」「安全」「何も溶けていない」まで言い切らず、色について得た証拠の範囲で結論を書くことが大切です。