ろうそくの燃焼と水の沸騰の観察　 −観察を重視し，なぜそうなるかを考える−

　最初の時間に生徒達が行う実験について紹介する。

　この実験の前に，実験を行うときの注意，実験器具の使用法，実験中の事故対策などはきちんと説明しておく必要がある。特に事故対策については徹底しておきたい。白衣を着用させ，実験用の保護めがねなども用意しておく。

　ろうそくの燃焼や水の沸騰は，どちらもごく日常的な現象である。知らない生徒はいないし，水の沸騰などについては，小中学校でも扱っている。しかし，

　�@「沸騰中の泡に含まれる気体は何か。」
　�A「水の沸点は何℃か。」

などの質問に的確に答えられる生徒は少ない。

　�@では，水素，酸素などの答が多い。
　�Aでは，ほとんどの生徒が無条件に100 ℃と考えている。

そこで，次のような実験を行う。

１．ろうそくの燃焼の観察　
　この実験では，現象の観察が重要であることを強調し，短時間でできるだけ多くのことを書きとめることを生徒に求める。この実験は，ケムス化学*1で最初に行われている実験である。

２．水の沸騰の観察
　ビーカーに半分ほど入れた水を加熱し，沸騰するまでに起こることを観察し記録する。加熱中に起こった現象は，一つ残らずすべて記録することを生徒に求める。
　何℃でどのようなことが起こったかを中心に記録させる。１分ごとに温度測定もさせるが，現象の記録の方を優先するように指導する。

	（１）ろうそくの燃焼の観察 　　「ろうそくの燃焼について，どれだけきちんとした観察と記録ができるかやってみよう。」 １）　ろうそくを点火前によく観察する。 ２）　ろうそくに点火し，約５分間に観察したことを 　　　できるだけ多く書きとめる。 ３）　ろうそくの火を吹き消した後も観察する。
	■ 実験のまとめ ■ 　25行（Ｂ５版）程度の用紙を与え，すべて観察記録で埋めるように指導する。その後，自分の書いたものとケムス化学*2のものを比較させる。 　比較のポイントは， 　�@　定性的な内容がきちんと書かれているか。 　外観，におい，感触，色など 　�A　定量的な記述もなされているか。 　ろうそくの大きさ，芯の長さ，燃える速さなど 　比較の結果，自分の記録のどんな点が不足しているかを生徒は認識できる。 　*1「ケムス化学」（共立出版）　別冊付録 　　「実験の手びき」１．科学的観察と記述（P1） 　*2「ケムス化学」付録１．ろうそくの燃焼（P429）
	（２）水の沸騰の観察 　「ビーカーに入れた水をガスバーナーで加熱して，沸騰するまでに起こる現象を観察します。先ほどのろうそくの観察と違って，加熱を始めると現象はどんどん進みます。注意深く観察し，素早く記録しないと必要な現象を見逃してしまうことがあります。注意してください。 ４） ビーカーに水を半分ほどとり，水温を記録する。 ５）　ガスバーナーに点火し，空気の量を調節して 　　　内炎と外炎がはっきり分かれるようにする。 ６）　水の入ったビーカーを三脚の金網にのせ， 　　　炎の強さを調節して加熱を始める。 　　　炎が強すぎると現象が速く進行しすぎ，観察がしにくい。 　　　10〜15分程度で沸騰するように調節する。 　　　予備実験で炎の大きさを確認しておき， 　　　点火後，各班を見て回り，不適切な場合は調整する。
	７）　加熱を始めた時間を時刻０として， 　　　１分毎に水温を測定し記録する。 　　　・測定時は温度計で静かにかき混ぜる。 　　　・また，加熱を始めてから，ビーカーの内外で起こる 　　　　すべての変化を記録する。 　　　・温度測定と記録に夢中になり， 　　　　肝心の観察がおろそかにならないように注意する。 　　　・温度は，グラフに直接プロットする。 ８）　左のような記録用紙を作り，変化が起こったときの温度と観察 　結果を書く。欄の数は，15程度必要である。 ９）　沸騰後，１〜２分したら観察を終了する。
	■ 実験のまとめ ■　　　 　次のような観察結果は，ほとんどの生徒が記録している。 　・ビーカーの外回りがくもる。　 　・底に小さな泡がつく。 　・水がゆらゆらゆれながら上昇する。　 　・湯気がでる。 　・底から泡が上がる。　 　・沸騰し，大きな泡がでる。 　泡の出かた，その大きさ，上がり方など細かく観察する生徒もいる。
	その後，考察として次のようなレポートを提出させる。 　『今回の実験の結果を踏まえて，次のようなことを小中学生に質問されたら，君はどう答えるか。』 (1) 水を加熱して少しすると，ビーカーの底などに小さな泡を生じま　す。この泡は何の泡ですか。なぜそのような泡を生じるのですか。 (2) 沸騰中に生じている泡は何の泡ですか。なぜ，そのような泡を生じるのですか。 (3) 富士山の山頂では，ごはんがうまく炊けないと聞きました。それはなぜですか。 (4) 水の沸点は何℃ですか。沸騰とは何か，やさしく説明をしてください。 ただし，生徒実験のみで，説明もなくこのレポートを書かせるのにはやや無理がある。そこで，次のような演示実験を合わせて行って説明をしておくとよい。
	１．沸騰中に生じる泡の成分（考察(1)，(2)） １）　左図のように，ガラス管を曲げてゴム栓をつけた　ものを自作しておく。 ２）　300 mLの丸底フラスコに半分ほどお湯を入れ（水から沸かすと　　時間がかかる），沸石を入れておく。 　　　丸底フラスコを火にかけ，ガラス管の先端を水の入った１�gビ　　ーカーに入れておく。 　〔始めは空気がでるので，先端から出た泡が水面まで上がるのが観察される。〕 　〔丸底フラスコ内が沸騰を始めると，先端の泡が水中ですぐにつぶれ，水面まで上がらないのが観察される。ガラス管をあまり長くすると空冷するので，泡が水中に出て，すぐにつぶれるのが観察しにくくなる。〕 ３）　加熱を止める。 　〔ビーカー内の水が逆流し，気体部分はほとんど残らない。かなりの勢いで逆流するので，ゴム栓をしっかりはめておく。また，冷たい水の逆流によって丸底フラスコ内が減圧するので，短時間だが沸騰が見られる。〕
	２），３）の結果より，沸騰中の泡に含まれる気体は水素や酸素ではないことが示せる。この気体が何であるかは，実験を通じて生徒に考えさせればよい。なお，この実験を演示実験でなく，生徒に行わせる方法*3もある。 　なお，考察(1)については，炭酸水などを例に，気体の溶解と温度の関係に簡単に触れておけばよい。 　*3「いきいき化学アイデア実験」（新生出版）P30
	２．沸騰と大気圧（考察(3)，(4)）　　　 ４）　ワインの空気抜きや，真空保存容器用などの名目で容器内の空気を排気する装置が，安価で市販されている。これと，透明なワインの瓶を用意する。 ５）　ワインの瓶に熱湯を入れ，瓶に�@の装置を取り付け排気すると，沸騰が始まる。100 ℃でなくても沸騰が起こること生徒に確認させる。

　　

・　６）では，炎が強すぎると現象が速く進行しすぎ，観察がしにくい。 　　　10〜15分程度で沸騰するように調節する。 　　　予備実験で炎の大きさを確認しておき， 　　　点火後，各班を見て回り，不適切な場合は調整する。 　・　７）では温度測定と記録に夢中になり，肝心の観察がおろそかにならないように注意する。

　　　

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