鉄のくぎに磁石を近づけると、くっつきました。では、銅やアルミニウムにもくっつくでしょうか。
「どれも金属だから、つく」と考えたくなるかもしれません。でも、ふつうの磁石を近づける実験では、鉄はついても、銅やアルミニウムはつきません。
金属という仲間が同じでも、すべての性質が同じとは限らないのです。
電気を通すことと、磁石につくことは別
鉄・銅・アルミニウムは、いずれも電気を通す金属です。ここまでは共通しています。
ところが、磁石につくかを調べると、結果は分かれます。
| 材料 | 電気を通す | 磁石につく |
|---|---|---|
| 鉄 | ○ | ○ |
| 銅 | ○ | × |
| アルミニウム | ○ | × |
この表を横に読むと、一つの材料の性質が分かります。縦に読むと、材料どうしの共通点と違いが見えます。
「電気を通すから、磁石にもつく」とは言えません。調べている性質が途中で入れ替わっていないか、確かめましょう。
磁石につかなければ、金属ではない？
ここで、もう一つよくある飛躍があります。
「磁石につかなかった。だから金属ではない」
この説明も成り立ちません。銅やアルミニウムは、磁石につかなくても金属です。一回の実験で分かったのは、その条件では磁石につかなかったということ。金属かどうかまで決めたことにはなりません。
結果から言えることを、必要以上に広げない。これは、実験問題を読むときにも大切です。
物の名前より、材料を見る
身近な物で調べるときも、「缶だからつく」「スプーンだからつかない」と、物の名前だけで覚えないようにしましょう。同じ用途の物でも、材料が違うことがあります。
表面の塗装やコーティングで、中の材料が見えにくいこともあります。実験結果を整理するときは、何でできているか分かっている物と、まだ分からない物を分けておくと、説明が混乱しません。
なお、磁石につく金属は鉄だけではなく、ニッケルなどもあります。今回の鉄・銅・アルミニウムの比較から、「世界中の金属で鉄だけがつく」と広げないことも大切です。
最後に、一問だけ
鉄・銅・アルミニウムのどれかでできた板があります。電気を通しましたが、磁石にはつきませんでした。材料を一つに決められるでしょうか。
この情報だけでは、決められません。今回の候補なら、銅とアルミニウムの両方が残るからです。
実験をしたら、必ず一つの答えに決まるとは限りません。何が除かれ、何がまだ候補に残っているのか。そこまで整理できれば、結果を正しく読めています。
編集補足：実験を一つするたびに候補を絞る
以下は材料の性質を読み取る自作例題です。何かを調べたら必ず材料が一つに決まる、とは考えないようにしましょう。候補を表に並べて、実験結果と合わないものを消すと、分かった範囲が見えます。残った候補が二つなら、そこで止めることも正しい判断です。 図では鉄・銅・アルミニウムの三種類について、磁石につくかを先に調べる流れを示しました。三種類はどれも電気を通すため、その実験だけでは枝分かれしません。調べる性質はたくさんあっても、候補を区別するのに役立つ性質は、候補の組合せによって変わります。
例題1：三枚の板のうち一枚だけを決める
同じ形の板A・B・Cがあり、鉄・銅・アルミニウムが一枚ずつ使われています。どの板も単一の材料でできており、塗装はありません。磁石にはAだけが付き、BとCは付きませんでした。この結果から、それぞれの材料をどこまで決められますか。 答え：Aは鉄です。BとCは銅とアルミニウムですが、どちらがどちらかは未確定です。 候補がこの三つに限られているので、磁石に付くAを鉄とできます。残り二枚は両方とも付かないという同じ結果であり、実験の記号の順番から材料を割り振る根拠はありません。 ここでAを鉄と決められたのは、候補の条件が付いているからです。世の中の材料すべてから探す問いに変われば、磁石に付くというだけで鉄と断定はできません。ニッケルなど、ほかにも磁石に付く金属があるためです。選択肢の中で決める問題と、材料の制限がない問題を混ぜないでください。
例題2：重さを比べれば、いつでも区別できる？
例題1のBとCを、今度は同じ体積にそろえて量りました。Bは27g、Cは89gでした。資料には、この実験条件では同じ体積の銅の方がアルミニウムより重い、と書かれています。BとCの材料は何ですか。また、体積をそろえずに重さだけを比べても、同じ判定ができますか。 答え：Bがアルミニウム、Cが銅です。体積をそろえなければ、重さだけで同じ判定はできません。 比較の根拠は、同じ体積での重さの違いです。アルミニウムでも大きな塊にすれば、小さな銅片より重くなることがあります。 「重い方が銅」とだけ覚えると、そろえた条件が抜け落ちます。答えには「同じ体積なので」と添えて、資料の比較条件と実際の測定条件が一致していることを示しましょう。数値は本例題の測定設定であり、重さだけを見て物質名が分かるという意味ではありません。 材料の識別を考えるときは、一つの反応を万能の札にしないことが大切です。磁石に付くか、電気を通すか、同じ体積でどれだけ重いかという情報を、別々の列へ書きます。用途の名前や見た目の印象を、実験結果の列に混ぜないようにします。 身近な製品では、持ち手と本体が違う材料だったり、表面を別の物質で覆っていたりします。この例題のような「単一の材料」という条件がない場合、製品全体を一つの材料だと決めることにも注意が必要です。磁石が付いた場所と付かなかった場所を分けて記録すれば、観察した事実を過不足なく説明できます。