1+1は 2 ではない!デモクリトスが見抜いた水溶液の本質

水溶液と溶けるの定義 中1理科

時は紀元前、約2500年前。


哲学者がたくさんいたギリシャでは、「この世の全ての物質は、一体何からできているのだろう?」という議論が流行っていました。

ギリシャ

その中の一人の哲学者に、デモクリトスという人がいました。

デモクリトス

彼は、「世の中の全ての物質は、からできているに違いない!」と考えていました。


水も石も太陽も地球も、人間も動物も全て、細かいからできていると考えたのです。

デモクリトスの原子論

デモクリトスのように、 “物質は細かいでできている” という考えを、原子論といいます。また徐々に深く学ぶことになります。

しかし、デモクリトスの死後、同じギリシャに哲学の世界的スーパースター、アリストテレスが現れます。

アリストテレス

彼は、「世の中の全ての物質は、空気の4つからできているに違いない!」と考えました。

アリストテレスの四元素説

アリストテレスの、「すべての物質は、火と空気と水と土からできている」という考えを四元素説といいます。

アリストテレスは超天才哲学者だと評判だったので、みんなは彼の言うことは正しいに違いないと思っていました。


また、デモクリトスが言うように「水などのサラサラした液体も、小さな粒からできている」という説は、直感に反してイメージしにくく、賛成されませんでした。


なので人々は、アリストテレスが死んでから1500年以上も、デモクリトスはデタラメで、アリストテレスの考えが正しいと考えていました。

デモクリトスが正しかった!?

しかし科学が発展すると、次第にアリストテレスの間違いが分かってきます。


その間違いを暴いたのは、ラヴォアジエドルトンと呼ばれる偉大な科学者です。彼らは研究すれば研究するほど、デモクリトスの正しさに気づくことになりました。

原子論を取り戻したラヴォアジエとドリトン

ラヴォアジエやドルトンなどの科学者のおかげで、今では、「全ての物質は、粒からできている」というデモクリトスが唱えた原子論が正しいことが分かっています。


今、身の回りを全て見回してみてください。固体/液体/気体を問わず、全ての物質は小さな粒からできています。信じられますか?

水とエタノールを混ぜる実験

デモクリトスが死んでから2500年くらい経ってしまいましたが、「液体も、小さな粒からできている」ことを今から証明しましょう。


まず、

  • 水100ml
  • エタノール100ml

を準備します。エタノールはアルコールの一種で、消毒液などに利用される液体です。

水とエタノール100mlずつ

1足す1が 2 にならない!

この2つを混ぜれば、当然 100 +100 で 200ml になるはずですよね?


しかし……残念!実際に混ぜてみると、200ml にならないのです。

水とエタノールの混合液

2つを混ぜると、約190ml でした。100ml と100ml を足したのに、なぜ 200ml にならないのでしょう!?

100ml + 100ml = 190ml
残りの10ml は消えた?

不思議じゃありませんか?

1足す1が2にならない理由は、液体も粒でできているから!

これこそ、デモクリトスが正しかった証拠です!


100ml と 100ml を足しても 200ml にならない理由、それは水やエタノールなどの液体は、全て小さな粒でできているからです。

デモクリトスの原子論

水とエタノールでは、エタノールの粒の方が少し大きくなっています。


2つの液体を混ぜれば、水の粒が、その隙間に入り込みことになります。

液体も小さな粒からできている
これこそ、デモクリトスの原子論が正しい証拠の一つ。

水位が予想よりも下がった状態になりますね。

豆が入っているビーカーに、ゴマが入り込むようなイメージです。


デモクリトスのように「液体も粒でできている」と考えれば、この不思議な現象は簡単に理解できるわけです。

水とエタノールを混ぜた場合、


体積は 100ml + 100ml が 200ml にならずに不思議ですが、


質量はしっかり 100g + 100g = 200g になります。

体積は状況によって変化しやすいですが、

質量は、地中であろうが宇宙空間であろうが、どんな環境でも変化しません。

「サラサラした液体すら、小さな粒子からできている」。こんな直感に反することも考え出し、諦めずに真理を見つけ出そうとすること。


哲学者/科学者の鋭い目は、こんなところに現れるのです。カッコいいですね。

砂糖が水に溶ける理由

さてさて、砂糖や塩は、水に溶けると消えていってしまいます。これ、よく考えると不思議なことですね。

砂糖が水に溶ける

当たり前ですが、砂糖や塩は消えているわけではありません。100g の水に 10g の砂糖を溶かすと、砂糖は見えなくなります。


しかしもちろん、水溶液の質量は 100 + 10 = 110g になっていますよ。

この「溶ける」の秘密も、「液体も、全て粒でできている!」ことを知っていればすぐに理解できます。


「溶ける」とは、砂糖の粒子が、水の粒に取り込まれてバラバラになることをいうのです。

溶けるプロセス

本当は水は粒子なのでつぶつぶです。しかし見やすさのため、水を粒子で描いていません

砂糖の粒子が均等に広がっていったとき、「砂糖が溶けた」ということができます
混ぜなくても、自然に均等に広がります。


また、溶けた砂糖の粒子は水の粒に取り入れられているので、何日経っても元に戻りません。一度溶けたら、ずっと溶けたまま。

溶けた状態のモデル図

何かが溶けた水のことを、水溶液といいます。砂糖が溶けた水は、砂糖の水溶液です。


砂糖が、水の中に均等な濃さで広がっています。

水溶液?溶けている?

「水溶液」「溶けている」といえない場合

コーヒーやココアも、粉をお湯に溶かして作ります。しかし、理科の世界ではこれらは「水溶液」とはいいません。「粉が溶けている」とも言いません。

ココアやコーヒーは、「溶けた」とはいえない

コーヒーやココア、牛乳などは、色がついて不透明な液体です。粒子が大きいままになっているからです。


大きな粒子に光が遮られてしまい、向こう側が見えない不透明な液体になっています。

溶けたとはいえない液体

こういった液体(コーヒー、ココア、墨汁や牛乳など)は濁っているので、理科では「水溶液」とはいいません


もっと細かな粒にならないと、「溶けている」とは言えないのです。

「水溶液」「溶けている」とは

一方で、

  • 食塩水
  • 炭酸水(二酸化炭素)
  • アンモニア水

など無色透明になる液体はもちろん、

  • お酢
  • コーヒーシュガー水溶液
  • レモン汁

など、色付きの透明なものは、「溶けている」といえます。


これら透明な液体は全て、水溶液と呼ぶことができます。

「溶ける」の定義
向こう側が透けて見えたら、「溶けている」といえる

これらは、水の中で粒が十分に小さくなっています。光を遮ることがないので、水溶液の向こう側が透けて見えます。

砂糖などや塩などは水の中で、

  • 粒子が十分細かくなっており透明
  • 粒子が偏りなく均一に広がっている

ような状態になっています。これを「水溶液」と呼びます。


「透明であるか、透明でないか」を基準にして、「水溶液なのか、そうではないのか」を判断できるようになりましょう。

溶けている方の物質を『溶質』、溶かしている方の物質を『溶媒』といいます。

溶質と溶液

溶質が溶媒に溶けてできた液体は、『溶液』です。溶媒が水のとき、水溶液と呼びます。

溶媒と溶質の例
食塩は正式には “塩化ナトリウム” と呼ぶので、食塩水は「塩化ナトリウム水溶液」とも呼べます。

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