石けんを含む液へ食塩を加えると、条件によって石けんが液から分かれます。このように塩の添加で溶け方が変わる現象を塩析といいます。食塩が石けんへ変身したわけではありません。液の中にもともとあった成分が、液と分離した部分へ分かれることが、この資料問題の出発点です。
「出てきた物」と「加えた物」を区別する
透明に見えた液から固形のものが現れると、新しく物質が作られたと思いやすくなります。しかし、見え方だけでは化学変化かどうかは決まりません。食塩の添加で石けんの溶けやすさが下がる場合には、溶液の環境が変わり、石けんが分離します。どんな石けんでも同じ塩量で同じ割合が出るとは限らず、種類や温度、液の組成が関係します。
この説明を、何でも食塩で取り出せる方法として覚えないでください。砂糖水や色の付いた液へ同じ操作をすれば同じ結果になる、とはいえません。問題に物質ごとの表があるなら、その表を根拠にします。塩析という名称は、資料の内容を読む代わりにはなりません。
例題1 回収した石けんは全部か
石けん成分を8g含む液に食塩を加えたところ、石けん成分6gを分離できました。ほかの成分を含まない乾燥した石けんとして量ったとし、分解や容器への付着がない模型では、液に残る石けんは何gですか。回収率も求めてください。
答え・解説： 残る量は8−6＝2g、回収率は6÷8×100＝75％です。食塩を何g入れたかは、この回収率の分母には使いません。調べているのは初めにあった石けんのうち、どれだけ取り出せたかだからです。食塩を含めた全体の重さに対する割合とは違います。
ここで残液2gという答えにしてしまうと、残る「石けん」と残る「液」を混同しています。残液には水や食塩もあります。成分ごとの台帳を作り、石けんの列だけで8＝6＋2と確認するのがよい方法です。液全体の重さを求めるなら、初めの水量や加えた食塩量など追加の条件が必要です。
例題2 湿ったかたまりの重さ
別の実験で、分離したかたまりは10gでした。このうち石けんが6g、付着した液が4gです。付着液の食塩濃度は10％で、水と食塩だけからなるとします。水だけを完全に除くと、残る固体は何gですか。その全量を石けんとして報告してよいですか。
答え・解説： 付着液の食塩は4×0.10＝0.4gです。乾燥後は石けん6gと食塩0.4gの合計6.4gが残ります。したがって全量を石けんとは扱えません。乾燥で除いたものは水であり、食塩まで自動的に消えるわけではありません。
乾いたら純粋になる、という思い込みは分離の実験でよく起こります。水の除去と、不純物の除去は別の操作です。何を洗い流すのか、洗うと目的物まで失わないかまで資料に書かれていれば、次の操作も成分別に追います。ただし、ここでは家庭で薬品を混ぜる手順を示しているのではなく、結果の表を読む模型です。
冷却による再結晶との共通点と違い
温度を下げて結晶を出す再結晶では、温度変化に伴う溶解度の違いを使います。塩析では、別の塩を加えたことで液の組成が変わります。どちらも「液中に残る分」と「分かれた分」を数える点は共通していますが、変えた条件が異なります。塩析の表なのに温度差だけで説明したり、冷却の表なのに加えた塩を想像したりしないようにしましょう。
比較実験では、塩を加えない液を同じ温度と時間で置いた結果も有用です。塩を加えた液だけで塊が出たなら添加との関係を調べられますが、比較相手だけ強く冷やしていたら原因が分かれません。分離後に測った量についても、湿った重さか乾いた重さか、石けん成分だけを分析した値かを確認します。物質名、状態、測り方を三つともそろえることで、同じ6gでも何を意味する数字かがはっきりします。
分離物の名前と中身の純度を分ける
実験の説明で「石けんを取り出した」と書かれていても、取り出した固まりの全質量が石けんとは限りません。固まりのすき間や表面に液体が残っていれば、その液体に溶けている食塩も一緒に運ばれます。ろ紙上にあるものをすべて生成物と呼んで計算する前に、目的物、付着液、付着液中の溶質という三つの内訳を作ります。この内訳を置くことで、乾燥させた後の数値が回収した石けんより大きくても、反応によって石けんが増えたと誤解せずに済みます。
回収率を上げたい場合と純度を上げたい場合では、同じ操作が同じ向きに働くとは限りません。例えば付着している塩水を取り除けば、食塩の持ち込みは減ります。しかしその処理で石けんも一部失う条件なら、純度は上がっても石けんの回収量は減ることがあります。入試で洗浄後の質量が小さくなったときに、失敗と即断しない理由です。何を取り除き、何を残す操作なのかを、操作名より先に説明してください。
塩析の問題では、加えた食塩がそのまま石けんへ変わったわけではありません。食塩を加えることで石けんが液中に分散・溶存しにくくなる条件を作り、分離を利用しています。濃い食塩水を入れた質量を、石けんの生成量へ足す計算にはなりません。反応して物質を作る段階と、できた物質を液から分ける段階を区別すると、実験全体に複数の質量変化があっても、目的物がどの段階で増減したのかを追えます。
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