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分離:液体中の溶けた固体を分ける。蒸留やイオンフィルターと身の回りの製品とは?

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高校生の化学編(本来の姿編)始めます。今回は混合物の分離について話をしたいと思います。ここでは高校生が授業で学ぶことを私達の生活に置き換えながら、化学をよりわかりやすく面白いと思ってもらうための記事です。化学に興味がなくても、私生活で利用される技術がどのような原理になっているか興味がある方は是非見ていってください。

この記事で解決できること

  • 溶解についての概念を知る。
  • 固体が溶解した液体から固体を取り出す方法を知る。
  • 方法1:蒸留
  • 方法2:イオンフィルターによる分離法
  • 方法3:再結晶による方法

溶解とは

今から分離しようとしている対象のものは溶解したものです。例えば、食塩水は透明でしょう。砂糖水も同じく透明です。このように溶解した物質というのはガラスの容器に入れれば向こう側が透けて見える状態になります。溶解していないものの代表例は片栗粉を溶かした液体です。よく、料理で登場する水溶き片栗粉ですが、片栗粉は溶解していません。今後、どこかで紹介しようと思いますが片栗粉は溶解せずに分散しています。化学はこのあたりを厳密に区別しますので覚えておきましょう。

固体が溶けた液体から固体を取り出す。

みなさんは、食卓にならぶ塩の作り方をご存知ですか?海外の塩田とは異なり日本では海水から塩を作っています。海水の主成分である塩、塩化ナトリウムを取り出すにはどのようにすれば良いでしょうか?その答えは、下記の写真でやっている作業になります。

塩田

出典:台南市政府観光旅遊局

この写真のように海水を煮詰めることで最終的に液体がなくなり、固体が取り出せます。また、次のような器具を利用すると液体も回収できます。

蒸留器具

出典:化学がちょっとだけ好きな社労士

この作業を蒸留と呼び、溶解した液体から固体を取り出す手法のひとつとして利用されています。

イオンフィルターによる分離方法

前回の話で固体と固体を分ける話に触れています。実はこれを液体でも利用できてしまいます。小難しいかもしれませんが、大雑把に言えば水のH2Oと塩のNaClは分子のサイズが違います。この違いを利用して、水だけが通れるフィルターを通せば水だけを取り出すことが可能です。イオンって何?という方は、今後、記事にしますのでお待ち下さい。

このイオンフィルターは、なにか特殊な用途で利用されているように思われがちですが、厳密に分ける必要のない用途での利用としては水道水に利用されています。実際にどこで利用されているかといえば家庭にある浄水器です。浄水器のフィルターはイオンフィルターとなっており、塩素系漂白剤、カルキと呼ばれるものを分離しています。

再結晶による分離方法

再結晶と呼ばれる現象があります。例えば、高濃度の食塩水をつくり、それを冷蔵庫で冷やすと固体の食塩が出てきます。これが再結晶と呼ばれる現象です。これは水の中に溶けることができる度合いである溶解度が温度によって変わるという現象を利用したものになります。理屈は下の図のとおりです。

溶解度の温度依存性

出典:無料で使える中学学習プリント

気付いている方もいらっしゃるかもしれませんが、この方法では液体に溶けている固体をすべて取り出すことはできません。取り出せるのは純度100%近い固体です。また、これをちゃんと回収するためには前回の話を使って分ける必要があります。

再結晶はあまり身の回りでは利用されませんが、化学者はよく利用します。

まとめ

液体から固体を取り出すなら蒸留やイオンフィルターなどを用いると良いでしょう。純度を高くして取り出したいと言うのであれば再結晶も効果的です。しかし、再結晶はその作業だけで取り出せず、必ず固体ー液体を分ける方法が必要です。

最後に、勉強は受験のためにやるのではありません。受験は過程のひとつであり、そのときに学んだことを利用して社会に出ていくときに活用することが最も重要です。このブログでは学んだことを私生活でも活用できるように支援できる内容にしていきますので、勉強中の方もそうではない方も、「あ、そうなのか」ということに出会ってもらえれば幸いです。

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