中学受験理科｜海の泡は洗剤のせい？｜泡立ちと消える速さを比べる

泡があるだけで、洗剤とは決められない

海岸に白い泡がたまることがあります。海水に含まれる有機物などが泡を保ちやすくし、波などでかき混ぜられることで泡が生じます。そのため泡を見ただけで、必ず洗剤による汚染だと判断することはできません。一方で、自然にできる泡だから必ず安全と決めることもできません。発生の仕組み、含まれる成分、安全性は別々に確認する話です。

泡は気体を薄い液の膜が囲んだものです。液の量だけでなく、混ぜ方や膜の保たれやすさが見かけの体積を大きく左右します。泡がコップいっぱいに見えても、その体積と同じだけ液体が増えたわけではありません。時間とともに膜から液が流れ、泡が壊れれば、見える高さも下がります。泡の量を扱う問題では、観察した時刻が必要です。

初めの泡の量に対する残存率。数値のある図は本文の例題模型です。

できやすさと消えにくさを分ける

二つの液を振った直後に比べれば、どちらが多く泡立ったかを見られます。数分後に比べれば、残りやすさも関わります。最初から泡が多かった液が、後でも多いからといって、泡が壊れにくいとは限りません。初めに対してどれだけ残ったかという割合を使うと、発生量と維持の違いを整理できます。

容器の形もそろえます。細長い容器なら少量の泡でも高く見え、広い容器なら高さが小さくなります。泡の高さから体積を比べるには、断面積が同じで一定などの条件が要ります。振る回数だけでなく、液量、振る強さ、待ち時間、温度をできる範囲でそろえて比較します。

例題1｜残った割合を比べる

同じ容器で、液Aは直後に泡が80mL、5分後に20mLでした。液Bは直後に40mL、5分後に16mLでした。5分後の残存率はそれぞれ何％ですか。5分後の体積が大きい液と、残存率が大きい液は同じですか。

答え・解説：Aは20÷80＝25％、Bは16÷40＝40％です。5分後の体積はAが大きい一方、初めに対して多く残ったのはBです。最終体積の20と16だけを見ると、Bの方が消えやすかったと誤解しかねません。各液の初めの量を分母にし、同じ5分間での減り方を比べます。数値は考え方を学ぶための模型です。

例題2｜観察枠から出入りした泡を追う

海岸のある観察枠に、最初は泡が100単位ありました。同じ時間内に外から30単位が流れ込み、20単位が枠外へ流れ出ました。枠内で新しい泡は発生せず、最後は70単位でした。枠内で消失した泡は何単位ですか。単位は同じ方法で測った泡の量とします。

答え・解説：消失がなければ100＋30−20＝110単位残るはずです。実際は70単位なので、消失した量は110−70＝40単位です。最初と最後の差30単位だけを答えると、外から入った分と外へ出た分を無視しています。100＋30＝70＋20＋40と、入ってきた側と行き先の側を並べても確かめられます。海岸の写真で泡が減って見えても、移動したのか消えたのかを分ける情報が必要です。

海で起きたことを模型へ写す限界

容器を振る模型は、液の性質と泡立ちを比べる助けになりますが、実際の海の風、波、塩分、有機物の種類をすべて再現するわけではありません。模型で泡立ちやすかったことだけで、その海岸の泡の原因物質を特定することはできません。成分を調べる資料や、周辺の状況を合わせる必要があります。

写真で泡の面積を測る場合も、厚さが不明なら泡の体積は決まりません。風が岸へ寄せて集めた結果なのか、その場で新しくできた結果なのかも区別します。見える量は、発生、移動、消失が重なった結果です。「白いから洗剤」という短い連想から一歩進み、どこでできて、どこへ集まり、どの速さで消えたかを順に読むと、海の現象を実験の条件として扱えます。

泡の高さのグラフは何を示すか

泡が同じ速さで減ると仮定できる資料なら、体積の差を時間で割って減少速度を求められます。しかし最初の五分の減少量から、その後も同じ直線でゼロになると予想するには追加の条件が必要です。大きい泡と小さい泡が混じり、膜から液が抜ける速さも変われば、残る割合は時間によって変化し得ます。観察点が二つしかない表から、間や先の形を決めすぎないようにします。

二つの容器の泡をまとめた残存率は、それぞれの率を単純平均するとは限りません。例題1のAとBを一つの計算にまとめるなら、初めは80＋40＝120mL、五分後は20＋16＝36mLです。全体では36÷120＝30％になります。25％と40％の平均32.5％とは違います。初めの量が異なるためです。このまとめ方の違いは、複数の実験結果を合わせた表を読むときにも使えます。

同じ場所の泡を写真で追う場合、風で移動したり、波で新しい泡が入ってきたりすれば、泡そのものが消えた量を写真の減少だけから求められません。枠内の泡が減ったことは、枠外へ動いたことでも起こります。閉じた容器の実験と海岸の観察では、測る領域への出入りの条件が違います。境界を描き、発生、流入、流出、消失を四つの矢印で示すと、量の増減を説明する候補が整理できます。

海の泡の成分を調べるときも、泡の有無だけで有機物の全量を決めないようにします。かき混ぜが弱ければ成分があっても目立つ泡ができないことがあり、同じ泡立ちでも含まれる成分の組合せは違うかもしれません。泡は手がかりの一つであって、成分を一意に特定する試薬ではありません。実験の対応表があって初めて推定できる量と、観察だけでは判断できない量を分けて読む練習にします。