物質の分離・精製 Google Science Fair 2011


物質の分離・精製.001

 

 

 

 

 

今日のテーマは、物質の分離・精製。

前回やったように、物質には、純物質と混合物に分けられる。

混合物のままだと、目的の物質の性質を調べることが難しい。お互い影響を与え合ったりしちゃうからね。

じゃどんな風に混合物を分けて、純物質にしていったらいいんかな。

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純物質にするような方法は全部でこの7つ。本当はこれに蒸発っていうのもあるんだけど、今日はこの7つを紹介する。

 

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1つ目は濾過(ろか)。中学校でも実験やったことあるんとちゃうかな?

ろ紙をつかって、液体とそれに溶けない(スライドは漢字間違ってる)固体を分離する操作のことです。

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2つ目は蒸留。スライドのような装置をつかって、溶液を加熱して発生した蒸気を冷却することによって、目的の物質(この場合は当然液体)を取り出す方法だ。この図と実験器具は良く出てくるから覚えておこう。

 

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蒸留と似ているのが分留。蒸留は、混合物から1種類の液体を取り出すことだったけど、分留は、沸点の異なる液体の混合物から、複数の成分を分離する操作のこと。原油が例としてとく出てくるよ。

こういうサイトも参考になるから興味があったらのぞいてみてね。

https://oil-info.ieej.or.jp/whats_sekiyu/1-11.html

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続いて、再結晶。これも中学校のときにでてくるやつかな?

まず水溶液にしてから、熱することによって、溶解度の違いから取り出したりする方法。溶解度や溶けている量に違いが無かったら難しいかもしれないね。

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昇華(しょうか)を利用した分離方法。これはヨウ素とナフタレンを覚えておくとオッケーやね。昇華しやすい物質だけを取り出せるから、ヨウ素やナフタレンを取り出したかったらまよわずこの方法。

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抽出は、コーヒーとか紅茶とかをイメージしてもらったらそれでオッケー。たとえば、ティーバッグなんかは、お湯の中にいれたら、溶けて、コーヒーやお茶なんかになるよね。中に溶けやすい物質が入ってるってことなんだ。お湯に溶けやすい成分だけが分離されて、紅茶の葉なんかはとけずにそのまんまだよね。

 

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最後に黒的グラフィーじゃなかった。クロマトグラフィー。

これは物質の吸着度や溶媒への溶けやすさの違いを利用して、混合物から各物質を分離・精製する操作のこと。

なんでこんなことができるのか?っていうのは、またの機会なんだけど、こういうものを利用して、たとえば香水や芳香なんかで、どんな成分が入っているのかを調べることができるんです。

すごいですよね。

Special Thanks

実験器具のイラスト使わしていただきました。

http://chemaholic.wordpress.com/

WEB玉塾「混合物の分離」かなりおもろい関西弁の化学講座

 

そして、最後にTEDですが、2011年のGoogleScienceFairの優秀者の講演です。最初の講演者は、なんと13歳!!行動力、観察力、そして仮説を立てる力。すごすぎます。

他の2人の内容も大変興味深いです。

こういう実験が思いついたり、アイデアを出して研究できたりということができるといいですね。

細胞の発見と歴史


スライド1

今日は、細胞の歴史と研究について学んでみましょう。

普通に今は、細胞っていう言葉を使うけれど、この言葉はどこから生まれてきたのでしょうか。

スライド2

1600年代後半、物理で有名なフックの法則を発見した、ロバートフックは、物理だけでなく、実に様々な学問に取り組んでいました。当時、顕微鏡が大ブームで、科学者たちは、顕微鏡をつかって実にいろいろなものを観察していたのです。

スライド3

ある日、フックは、「コルクに弾力があるのだろう?」と疑問を持ちました。

フックの仮説では、

「目に見えないほどの小さな穴があいていて、そこに空気が入っているからじゃないかな?」

と考えました。そしたら、顕微鏡でみてみるといいじゃん。っていうことで、

フックは、顕微鏡でみてみることにしました。

スライド4

その結果、が上の図の右側です。小さな穴がたくさんあいていますね。

フックはこれを修道院の個室のような小さい部屋みたいだな!と思って、

cell(セル)と名づけました。これを訳したのが細胞です。

ですから、細胞は1600年代生まれの最近の言葉なのです。

スライド5

そのころと同じ時期に、もう一人のフック、レーウェンフックも顕微鏡を使っていろいろなものを観察していました。

レーウェンフックは、科学者ではなく、商人で、時間を見つけては、自分で顕微鏡をつくって、いろいろなものを観察するということをしていました。

そして、やはりレーウェンフックも仮説を立てたのです。

スライド6

その当時、大流行していた胡椒(こしょう)ですが、胡椒ってなんでピリピリするんかな?と思ったんですね。

もしかしたら、表面に小さい棘(とげ)がついていて、ピリピリの原因になっとるかもしらんね。

よし、じゃあ顕微鏡でみてみよう。と思ってみてみたのですが、

何も見えません。ただの塊しか見えなかったんですね。

でも、どうしてもその原因を知りたかったレーウェンフックは次のように考えました。

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普通やったら固いまんまやけど、水につけて柔らかくしたらみやすくなるんちゃうかな?

ということで、水に数週間つけておきました。

数週間後

よし、もうええやろう。どれどれ。

と顕微鏡でのぞいてみると・・・・

そこには、何もなかったはずでしたが、大量の微生物が発生していたのです。

そう、知らないうちに、微生物の培養をしていたのですね。

 

スライド8

胡椒の辛い原因は分からなかったんだけど、

微生物という大きな発見をしたレーウェンフックは、

これは誰かに確認してもらわなきゃということで、ロバートフックに伝え、

再実験にも成功しました。間違いなく、これは微生物だ。すごい!!

レーウェンフックはその後もさまざまな微生物の研究を行いました。

しかし、その発見の意味の大きさをまだ誰も知らないのでした。

顕微鏡でみたら、人の目で見えない生き物がいるんだなぁというくらいでしょうか。


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時は流れ、150年後、観察から、核や細胞分裂も発見されましたが、ここで二人の発見が大きく細胞の研究を変えることになります。

スライド10

それが、シュライデンとシュワンです。

シュライデンは、物理や化学は原子説をきっかけに大きな発展を迎えようとしているのに、生物学が植物の分類だとかどれとどれが似ているという研究をやっていてはいけないのではないかと考え、まず、生物が何からできているのかを考えようとしたのでした。

そこでひとつの仮説を立てたのです。

「植物っていうのは、細胞がひとつひとつ集まってできてるんじゃないかな?」と

同じころ、シュワンは、動物でも同じことを考えていました。

「動物も細胞が集まってできているんじゃないのかな?」と

 

そして、同じドイツ国内にいたということもあって、二人は出会います。

「おれ、植物は細胞からできてると思うんだよね。だって、細胞ひとつひとつに核あるし。。。」

「おれもそう思った。動物も同じやな。」

 

「・・・・・・!!!!」

 

ということは、生物はすべて細胞でできているんじゃないか?という説ができたのです。二人は、別々に論文を発表したので、植物のシュライデン、動物のシュワンといわれています。

でも、彼らもそれはあくまで考えであって、証明ができたわけではありません。間違った考えを主張することもありました。

それでも彼らの考えは、多くの人に希望を与えていきました。

スライド11

フィルヒョーが上のような考えを提唱し、細胞説が一気に確立していきます。

すべての細胞は細胞から生じる

つまり、

生命活動のすべてを細胞が行っているのであれば、

細胞を調べることによって、生命の秘密が分かるかもしれない!

という考え方が生まれたのです。ここから、細胞学が急速に発展していきます。

 

次回は、その細胞の中身について触れていきます。

最後に今回の動画は、TED Edからの紹介。

ここまで読んでいる人であれば、英語が分からなくてもきちんと理解できますよ。

字幕をつけてみてもかまいません。繰り返しみることで、英語も生物も得意になっていきます。

生物の多様性と共通性 Biodiversity


スライド7

生物の多様性(Biodiversity)には、3つの多様性があると言われています。

1つ目は、「生態系の多様性」

 簡単に言ってしまえば自然です。

2つ目は、「種の多様性」

 こちらは動植物ですね。

3つ目は、「遺伝子の多様性」

 同じ種でも個性があるよねってことです。

生物の多様性については、環境省が出しているすばらしい動画がありますので、紹介しておきますね。

この映像は、環境省が啓発用としてつくった映像です。

(こちらは小学生用 身近な生物の多様性です)

(こちらが中高生用です)

もっと興味のある人は、このサイトをのぞいてみてはどうでしょうか。

いろいろと生物多様性についてわかります。→→→→→→生物多様性(環境省)

 

さて、そんな生物ですが、生物をどのように分類していけばいいでしょうか。

また、そもそも生物って何なのでしょうか。

スライド8

 

 

スライドにもあるように、生物には、共通性や連続性があります。

これは生物が共通の祖先から進化してきたためですね。

その進化にもとづく類縁関係を系統

それを樹状にあらわしたものを系統樹といいます。

下のスライドが、系統樹です。ざっくり書かれていますけどね。

 

 

スライド9

スライド10

 

さて、生物が生物といえるのはどうしてでしょう。

4つのポイントでみてみますね。

1、細胞からできている。

2、ATPという物質のエネルギーを利用して、さまざまな活動を行う。

3、DNAを持っている。

4、体内環境を一定に保つように調整するシステムがある。

です。

 

では、最後に、こんな問題。

ウィルスは生物でしょうか?それとも無生物でしょうか?

スライド11

 

 

私は、ウイルスかウィルスかの方も気になりますが・・・

では、最後に今日もTEDの動画を紹介します。

テーマは、「生物の多様性」だったので、その動画を探しましたが、

どちらかというと経済に近い気がします。でも、こんな風に生物の多様性も考えられるんだということを感じて欲しいので紹介しますね。

ミクロメーターによる測定 the invisible visible


 

こんにちは。

前回の記事では、顕微鏡の使い方ということで、目に見えない小さなものを

光学顕微鏡、または、電子顕微鏡でみることができる。これは好奇心や探究心によって、生み出されるという話をしました。

今回は、光学顕微鏡でのミクロメーターの測定方法です。

 

スライド2

 

スライドをみてください。ミクロメーターは、簡単にいうと見ている対象物の大きさを測定するための「ものさし」みたいなものです。でも、目に見えるものの長さであれば定規を使えばいいんだけど、小さいものになるとどうやって測ったらいいだろうという疑問が生まれると思います。

光学顕微鏡では、対物ミクロメーターと接眼ミクロメーターという二つの目盛りを使って、測定することにしています。

プレパラートに1mmを100等分した線を入れたものさしを用意します。

1/100mmですから、10μmですね。

接眼ミクロメーターは、倍率によって間隔が異なるので、対物ミクロメーターを基準にして大きさを測ることができるのです。

スライド3

公式でいえば、上のスライドのような形になります。1目盛りが10μmだから10倍していることに注目しましょう。

何をやっているかというと、対物ミクロメーターの目盛りと接眼ミクロメーターの比の値を求めることによって、接眼ミクロメーターの1目盛りの長さを求めているわけです。ただし、1目盛りが10μmだから10倍していることをお忘れなく(2度目)。

スライド4

たとえば、接眼ミクロメータは40目盛り、対物ミクロメーターの目盛りが5のときは、5×10=50μmが、接眼ミクロメーターの40目盛りにあたるので、

50÷40=1.25μm

になるということです。

前回もそうでしたが、μやnの単位がでてきたけれど、身の回りにあるものの大きさがどれくらいなのかという目安をしっておくのはとても大切なことです。

スライド5

 

ざっとした目安を書くと、

鶏の卵黄 2.5cm

カエルの卵 3mm

ゾウリムシ 0.25mm

ヒトの赤血球 7.5μm

ミトコンドリア 2μm

インフルエンザウィルス 100nm

DNA分子 2nm

原子 0.1~0.4nm

です。

ざっくり覚えておきましょう。大事なこと大きさよりも、肉眼、光学顕微鏡、電子顕微鏡で観察できるのはどんなものがあるのかということを知っておいてください。

最後に今日も動画を紹介します。
TEDより、Louie Schwartzberg 「Hidden Miracles of the natural world」です。
映像美もそうですが、目に見えないものを見るinvisible visible の世界を知ってください。

 

物質の分類


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高校の化学の授業でまず学ぶのはこの物質の分類。

あぁなるほどね。

という当たり前のことなんですが

ここから化学の世界がどのように広がっていくのかということが大切です。

物質を調べるときには、まず純物質で調べたいわけです。

純物質は単体と化合物に分かれます。

単体って面白いのは、なんで同じ元素なのに違う性質になるんだろうってことです。

たとえば、炭素Cはダイヤモンドにもなるし、黒鉛にもなるわけです。

詳しくは、同素体のところでします。

混合物は、どうやったら純物質に分けられるかというところからスタートです。

こんな風に高校化学の流れを意識しながらやっていきたいと思います。

 

顕微鏡からみた科学


 

みなさん、こんにちは。今日は顕微鏡からみた科学を紹介します。
顕微鏡の使い方は、生物の時間に学習しますね。まずは、光学顕微鏡。いわゆる生物の実験室にあれば、必ずあると言われる顕微鏡です。スライドをクリックすると拡大表示されます。

スライド2

 

テストで良く出てくる光学顕微鏡は次のスライドのようなものです。教科書には必ず乗っていますが、いざ文となると、どれがどれだったかな?という経験はありませんか。

 

スライド3

YouTubeで光学顕微鏡の使い方の動画をみてみましょう。非常に丁寧に説明してくださっています。プレパラートの使い方も説明されています。2倍速での再生がオススメです。
人はなぜ顕微鏡を作ったのでしょうか?
さらに小さいものをみるためにはどのようなものがあるでしょうか。

スライド6

 

そう、電子顕微鏡ですね。
ここで分解能という言葉をおさらいしておきましょう。

分解能とは?

2点を2点として識別できる最小距離のことです。

肉眼では、約0.1mm〜0.2mm。
さきほど紹介した光学顕微鏡では、約0.2μmと言われています。
μは100万分の1ですから、100万分の1メートルということが分かります。
100万分の1というとすごい小さいイメージがありますが、
1mの1000分の1が1mmですから、0.001mmと考えることができます。
それでは、これよりもっともっと小さい単位はなんでしょうか。
そう、ナノ(n)ですね。
ナノは10億分の1です。
地球とおはじきくらいの大きさの差らしいです。すごいですよね。
世界中でこの電子顕微鏡の研究がさかんに行われています。
今回紹介するのは、日立製作所の電子顕微鏡の研究の動画です。
前篇、後篇で30分程度ですが、現在の顕微鏡の科学が良くわかります。ぜひご覧下さい。

 

理科の本質は、「観察」つまり、よく見ることから始まります。
肉眼で見えないものをみることによって、物事の本質を知りたいという知的欲求から、この研究はスタートしているのではないかなとふるやまんは思います。

 

音楽と情熱


日本語訳つきです。

 

ボストン・フィルハーモニー管弦楽団の指揮者であるザンダー氏が

音楽の魅力を存分に伝えてくれます。

 

1.日本語字幕つきでみる

2.英語字幕でみる

この順番でみてみましょう。

 

sphero

Sphero×Education


FB経由で教えてもらったこのポケモンボールみたいなボール。

実は、ロボティックスボール(まぁ早い話がラジコンを球体にしたようなもの)。

使える用途は自分で考えて!というなんともアバウトな話ですが、まずはこの動画をごらんください。

こんな風に、使ってみてはどうですか?ということなんですが、

やっぱりここまで使いこなせる人はなかなかいないんじゃないでしょうか。

しかーし、そんな使い方も分からないこのボールに新しい息吹が吹き込まれました。

http://www.gosphero.com/education/

このボール、ロボティックスボールといわれるように、命令どおりに動かすことができます。

そうです。つまりプログラミングの練習になるのです。

直感的なプログラミングで実際にボールを動かしながら学ぶことができます。

Spheroで紹介されていた動画は、子供たちがいきいきとプログラミングを取り組む姿でした。

これこそファンタスティックです。

パソコンの前で座ってコードをうつことも大切ですが、

プログラミングで学ばせたいことは、こういうことなんでしょうね。

試行錯誤の中で、忍耐力と集中力をつくる。

個人である程度できるようになれば、チームを組んで、より新しい課題をみつけて取り組む。

それが遊びの延長であれば、子供たちもいきいきと取り組むのではないでしょうか?

まだまだ日本では広がっていないようですが、機会があれば、そういうワークショップもやってみたいですね。

まずは、このボール買ってみたいな(まだ買ってなかったのかよ!)というオチで本日の投稿は終わります。

 

STEM

5分で分かるSTEM


読了まで〔5分〕

まずは動画をみてください(3分30秒)

 

アメリカではSTEM系として、Science,Technology,Engineering,Mathmaticsの4分野をきちんと横断的に教えようという流れになってきているようです。いまいち、STEMが理解できない!と思っていたらすばらしい動画を発見しました。

日本だけでなく、アメリカもそういう流れになっているのですね。プロジェクト型と似ているのかもしれません。

先生の技量は問われますが、それこそ数学の先生と技術の先生が一緒にやればいいのですから、

大人も生徒も楽しめる授業が展開されるかもしれませんね。