水を入れた試験管に植物の枝を挿し、水面に油を浮かべる。
蒸散の実験でよく見る操作です。油を浮かべる理由を聞かれて、「蒸発を防ぐため」と答えられる人は多いでしょう。
では、どこからの蒸発を防ぐのでしょうか。
ここまで言えれば、操作の意味がはっきりします。防ぎたいのは、試験管の水面から直接起こる蒸発です。
水が減ったら、全部植物が吸った水？
油を浮かべていない試験管を考えましょう。
時間がたって水が減っていても、その全部を「植物が吸い上げた水」とは言い切れません。水面から直接蒸発した分も含まれるからです。
水が減る経路を、二つに分けてみます。
- 植物に吸い上げられる。
- 水面から直接、空気中へ出ていく。
試験管の目盛りだけでは、この二つを区別できません。
植物の働きを調べたいのに、植物を通らずに出ていく水まで一緒に測ってしまう。それを避けるために、水面を油で覆います。
止めたいのは、植物の蒸散ではありません
「油を入れるのは、蒸散を防ぐため」
この答えは直す必要があります。今回調べたいのは、植物の蒸散と吸水の関係です。植物の蒸散そのものを止めたいわけではありません。
植物の体内の水が、水蒸気となって外へ出るのが蒸散です。一方、試験管の水面から直接水が出ていく現象は、水面からの蒸発です。
どちらも水が水蒸気になりますが、通ってきた経路が違います。
実験の図を見て、油が覆っている場所を指してください。葉ではなく、水面ですね。操作の目的は、その場所と結び付けて考えましょう。
水面の油と、葉のワセリンは役割が違う
葉の表側や裏側にワセリンを塗る実験もあります。
どちらも何かを覆う操作なので、同じ目的だと思ってしまうかもしれません。しかし、覆う場所も、調べたいことも違います。
水面の油は、水面からの蒸発を防ぐためのものです。
葉のワセリンは、塗った部分から水が出にくくなるようにし、塗る場所による違いを調べるために使います。
「何を使ったか」だけで覚えず、「どこを覆ったか」「何を比べるか」まで確認してください。
答えには、場所と目的を入れよう
油を浮かべる理由は、例えばこう説明できます。
水面から水が直接蒸発するのを防ぎ、植物が吸い上げた水の量を調べるため。
ただし、油を浮かべれば、どんな条件でも吸水量と蒸散量が完全に一致する、とまで考える必要はありません。植物の体内に保持される水もあるため、何を測っている実験なのかは区別します。
水位の減少を見るのか、装置全体の質量の減少を見るのか。問題文の測定方法にも目を向けましょう。
最後に、一つ確かめよう
「油を浮かべなかったけれど、水が減ったので、その量をすべて植物の吸水量とした」
この考え方では、何を見落としているでしょうか。
水面から直接蒸発した水です。
実験操作の理由が分からなくなったら、その操作をしなかった場合を考えてみてください。
今回は、油がなければ、水はどこから減るのか。
そこをたどると、「蒸発を防ぐため」という言葉が、実験の目的とつながります。
はかりにのせる範囲を囲んでみる
蒸散の問題には、試験管の水位を読むものと、植物や試験管をまとめてはかりにのせるものがあります。同じ植物でも、測っている量は同じではありません。試験管から植物へ水が移ると水位は下がりますが、その水がまだ植物の中にあるなら、装置全体の外へは出ていません。 図に、はかりにのせた物の輪郭を描いてください。容器、水、油、枝の全部がその内側にあれば、内側の水が移動しただけでは全体の質量は減りません。外へ出た物を考えることが、全体の測定値を読む手がかりになります。以下は水の移動に絞った模型で、ほかの気体の出入りによる質量変化などは無視する設定です。
例題1：吸った水のすべてが外へ出た？
水面を油で覆った装置で、試験管の水が5g減りました。その間、植物の体内に保持される水が1g増えたと分かっています。漏れはなく、水の移動以外の変化を無視すると、装置の外へ出た水は何gですか。 答え：4gです。 吸い上げられた5gのうち1gは植物に残り、5−1＝4gが外へ出たと考えます。装置全体を量った場合の減少も、この設定では4gです。水位から求めた吸水量5gを、そのまま全体の質量減少にしてはいけません。 吸水量と蒸散量を等しいものとして計算する問題では、体内の水の増減を無視できるという前提を置いています。前提が与えられたら使いますが、どの実験でも常に完全一致すると覚えるのは避けます。何を無視したモデルかが分かれば、条件を追加した問題にも対応できます。
例題2：油を入れない装置では？
別の装置では油がなく、同じ時間で試験管の水が6g減りました。このうち水面から直接蒸発した量が2gと、独立の測定から分かっています。漏れなどはないとすると、植物が吸い上げた水は何gですか。 答え：4gです。 6gは二つの経路を合わせた減少です。植物を通らなかった2gを除き、6−2＝4gとします。ここでは2gが分かっているため計算できます。水面からの蒸発量を測っていないなら、6gだけで吸水量を確定できません。 植物のない試験管を比較用に置く方法を考える場合も、水面の面積や温度などの条件を確認します。枝の有無によって水面の開き方が違えば、比較用の数値をそのまま引けるとは限りません。「比較用があるから引けばよい」ではなく、同じ余分な減少を見積もれているかが大切です。 油で覆うのは、こうした余分な経路をできるだけ抑え、調べたい量を読みやすくする操作です。操作名を暗記するより、油がなかった場合の二本の水の道筋を描いてみましょう。植物へ向かう矢印と、水面から空気へ向かう矢印を分ければ、なぜ実験に油が登場するのかを具体的に説明できます。