中学受験理科｜着色した液体と試験紙の色｜酸性・アルカリ性をどこまで判断できる？

赤い飲み物に試験紙を付けたら赤くなりました。だから酸性、とすぐに答えてよいでしょうか。試験紙が反応して変色したのか、試料の色が付いて赤く見えたのかを分ける必要があります。中学入試の実験考察では、知っている色の規則を当てはめる前に、規則を使える観察条件かを確かめます。

試料の色と、指示薬の色を混同しない

指示薬は水溶液の性質に応じて色を変えます。一方、試料そのものに強い色があると、見える色に試料の色が重なる場合があります。無色の水溶液で作った色見本に、濃く着色した液の結果をそのまま重ねても、判定しにくいことがあります。

これは「色の付いた液体はすべて試験紙で測れない」という話ではありません。着色試料に対応するため、比較する基準色の部分も試料に触れさせるよう工夫された製品もあります。使う試験紙の種類、対応できる条件、判定の手順をそろえて読むことが大切です。問題に指定がなければ、勝手に特殊な試験紙を使ったことにはしません。

着色干渉の概念図。酸性でないと証明した図ではない。

空白の紙を使って確かめられること

指示薬を付けていない白い紙にも同じ赤色が付けば、少なくとも試料による着色があると分かります。ただし、それだけで液体が中性だと分かるわけではありません。着色と酸性は両立します。対照実験は一つの原因を調べるもので、あらゆる性質を一度に決定する操作ではありません。

別の方法で測った結果があるなら、その測定器が校正されているか、測定範囲に入っているかも確認します。「機械で測れば必ず正しい」と置き換えるのではなく、色の影響を受けにくい方法で照合するという役割を考えます。見える色、測定値、結論を三段に分けると答案が整理できます。

例題1｜赤い試料から言えること

ある試験紙は無色の液で試すと、酸性で赤、中性で緑、アルカリ性で青になると説明されています。未知の赤い液を付けると赤くなり、指示薬のない白い紙も赤くなりました。この結果だけから「未知の液は酸性」と結論できますか。

答え・解説： この結果だけでは決められません。試料による着色が確認されており、観察した赤が指示薬の反応だけを表しているとは限らないからです。酸性である可能性を否定したのではなく、色以外の適切な測定などで追加確認する必要がある、という結論です。

例題2｜色見本の間に見えるとき

適切な条件で使った試験紙の色見本にはpH5、6、7の三段階があります。試料の色は5と6の間に見えました。この試験紙から「pH5.37」と記録してよいでしょうか。また、問題でpH7未満を酸性とする場合、性質はどのように判断できますか。

答え・解説： 5.37と細かく決めることはできません。この観察からはおよそ5〜6の範囲と記録するのが適切です。その範囲が7未満なので酸性という区分は判断できます。細かな数値を決められないことと、大きな性質の区分も決められないことは別です。色の違いが見分けられることを前提にした例です。

薄めれば解決するとは限らない

色が濃いから水で薄めて測る、という案には注意が要ります。薄めた液は元の液と濃度が違い、pHも変化することがあります。薄める前の値を知りたいのに、薄めた後の数値をそのまま答えてはいけません。問題が希釈とpHの関係を与えていないなら、独自の換算式を作らないようにします。

同様に、活性炭で色を除いてから試す案も、色の物質だけが完全に除かれ、酸性やアルカリ性に関わる成分は全く変化しないと保証されていなければ、そのまま採用できません。色が見やすくなったことと、測りたい性質を保ったことの両方を確かめる必要があります。

判定する時刻にも意味があります。説明書が指定する時間よりずっと後に乾いた色を見ても、同じ基準で読めるとは限りません。比較する液ごとに紙の種類や放置時間を替えた実験は、物質の違い以外の影響を含みます。色を比べる場面ほど、測定の前提が短い注記に隠れていないかを見ます。

答案では「赤いから酸性」と一行で終える代わりに、「試料自身の着色がないことを確認した上で、指定の試験紙の変色規則から酸性と判断する」と条件をつなぐと、考察の筋が通ります。今回のように条件が満たされていない場合は、判断を保留することも、根拠に即した正しい答えです。

色見本の数字を、濃度のものさしと混ぜない

pHの表示は、数字が二倍なら酸性の成分の量も二倍になるような目盛りではありません。この原稿で必要なのは対数の計算ではなく、問題が与えた境界や範囲を読むことです。五と六の間だから、二種類の液を半分ずつ混ぜたことになる、といった推測もできません。

照明の色や背景も色合わせに影響します。片方を夕日の下、片方を白い照明の下で見た記録では、色の違いを試料だけの違いとできない場合があります。標準色と試験紙を同じ照明で並べて比べるという操作には意味があります。

問題の問いが「酸性か」なのか「どの程度のpHか」なのかも確認します。大まかな区分を答える道具として十分でも、細かな数値の順位を付ける用途では分解能が足りないことがあります。測る道具が同じなら、何でも同じ精度で答えられるというわけではありません。

色見本が離散的な段階で印刷されているとき、観察者が細かい小数を書き加えても、道具の目盛りは細かくなりません。答えの桁数は計算機の表示ではなく、読み取れた情報に合わせます。数値を短く記録することが、情報を捨てるのでなく精度を正確に表す場合もあります。