食塩も砂糖も、水に溶けると粒が見えなくなります。透明になったという共通点があれば、電気の通し方も同じでしょうか。水への溶けやすさと、電流の流れやすさは別の性質です。「よく溶けたから、よく電気を通す」というつなぎ方では、食塩水と砂糖水の違いを説明できません。
食塩が水に溶けると、電気を帯びた粒であるイオンが水の中を動けるようになります。砂糖は水に溶けても、食塩のようにイオンに分かれるわけではありません。ここでは、粒の名前を細かく暗記するより、溶けて見えなくなることと、電気を運ぶ粒が動けることを分けましょう。
水の中で動けるものは何か
金属の導線では電子の移動が電流に関わります。電解質の水溶液では、正や負の電気を帯びたイオンの移動も電気を運ぶ役割を担います。「導線の中も水溶液の中も、全く同じ粒が同じ仕方で動く」と考える必要はありません。回路がつながっていることと、各部分で電気が運ばれる仕組みは分けて説明できます。
また、食塩の乾いた結晶は、食塩水と同じように自由にイオンが動ける状態ではありません。「食塩を含む」という物質名だけで、固体と水溶液の結果を同一視しないでください。物質の種類に加えて、どの状態で調べたのかが条件になります。
この記事は、電気分解を家庭で行う手順ではありません。液体へ電流を流すと、電極で別の物質が生じる場合があります。身近な液体を次々につなぐ方法ではなく、適切な装置を使った教材の記録を読みます。液体を味見して確かめることも、実験の判定には使いません。
豆電球がつかないことと、電流ゼロは同じ？
豆電球が点灯するには、その電球で光が分かるだけの電流が必要です。点灯しなかったとき、電流が測定器でも全く検出できないのか、わずかに流れるが点灯には足りないのかを、目視だけで分けられるとは限りません。判定に使った装置の感度にも注意します。
純度の高い水と、水道水も同一ではありません。水道水には溶けている成分があるため、測定条件によって電流を検出できます。蒸留水を使った記録と、普段の蛇口の水を使った記録で結果が違っても、直ちにどちらかが失敗とはいえません。
例題1：透明な二つの液体
同じ装置で、温度、電極の種類、液中に入る面積、電極間の距離、加える電圧をそろえました。架空の記録では、食塩水Aでは電流がはっきり検出され、砂糖水Bでは装置の検出限界より小さい値でした。どちらも透明で溶け残りはありません。「透明なら同じように電気を通す」という説明は、この記録に合いますか。
答え・解説： 合いません。透明で溶け残りがないという外見は共通でも、電流の検出結果は異なります。水に溶けた後に、電気を帯びた粒がどのように存在するかが関わります。AとBの違いを、溶け残った粒の有無だけで説明することはできません。
Bについては「この装置の検出限界より小さい」と書くのが記録に合った表現です。すべての測定器で厳密にゼロと確かめた、という意味へ広げません。実験の答えでは、結果を強い言葉へ勝手に言い換えないことも大切です。
例題2：濃さを比べたつもりでも
同じ温度の食塩水PとQを比べ、Qで大きい電流が流れました。しかしPでは電極の間を広くし、Qでは狭くしていました。Qの方が必ず濃いといえますか。濃さの影響を比べるなら、何をそろえるべきでしょうか。
答え・解説： この結果だけでは、Qの方が濃いとは決められません。電極間の距離も電流に影響するからです。同じ電極、同じ浸す面積、同じ距離、同じ温度、同じ電圧などにそろえ、濃さ以外を変えない比較が必要です。
さらに、食塩水と砂糖水のように溶質が異なるものを、電流の大小だけで共通の濃度計として扱うことはできません。濃さを電気的な測定値から推定する装置にも、対象とする成分や校正の条件があります。数字が出ることと、あらゆる液体の濃さが分かることは違います。
溶け方・電気・酸性を一つにまとめない
電気を通すという結果だけで、その液体が酸性だとはいえません。食塩水のような例があるからです。同様に、電気を通さなかったことを、食べても安全という判断に使うこともできません。それぞれの性質は、対応する方法で調べる必要があります。
表を作るなら「溶け残り」「電流の検出」「指示薬の結果」を別の列にします。一つの列の結果を別の列へ写さず、実際に確かめた欄だけ埋めていく。この整理が、複数の性質から液体を見分ける問題の土台になります。
溶けたものと溶け残りの違いは食塩水のろ過、点灯しない原因を分ける練習はLEDの向きと電流にもつながります。見た目、電流、装置の条件の三つを切り分けて考えてみてください。