【密度】のグラフを利用すれば、物質の性質がよく分かる

密度のグラフ 中1理科

それぞれの物質には、それぞれの密度があります。


例えば純粋な金の密度は 約19.32 g/cm³ ですが、それはどこの純金であろうと変わりません。


それが純粋な金ならば、密度は必ず 19.32 g/cm³ なのです(多少の誤差は出る)。


つまり例えば、純粋な金だと言われて買ったものの密度が 15 g/cm³ であれば、それは騙されていることが分かります!訴えましょう。

密度で物質が特定できる

指輪やネックレスなどの金は、銀や他の金属が混ざっているので純粋な金ではありません。したがって、その金の密度は 19.32 g/cm³ ではなく、もっと小さいです。

純粋な金は柔らかくて傷つきやすいため、装飾品で使うためには他の金属を少し混ぜて強化する必要があるからです。

密度を活用して、謎の物質を特定しよう!

あなたの目の前に、謎の物質があります。金属っぽいのですが、何の金属なのか分かりません。

謎の金属

しかしあなたなら、これが何の金属なのか簡単に分かります。なぜなら、今まで密度についてしっかり学んできたからです。

検索して、いろんな金属の密度を調べる

まずはスマホかパソコンを使って、google などの検索エンジンから金属の密度を調べましょう。

金属の名前密度 (g/cm³)
19.32
10.50
8.96
7.87
アルミニウム2.70
プラチナ(白金)21.45
ガリウム5.90
チタン4.51

「金属 密度」など検索し、この表のようにいくつか物質の密度が書いてある表を見つけます。


物質ごとに密度は決まっています。


なのでこの表を見れば、例えば謎の物質の密度が 21.45 g/cm³ くらいだったらそれはプラチナだし、2.70 g/cm³ くらいならそれはアルミニウムだと分かるわけです。

謎の物質の質量と体積を測る

次に、謎の物質の質量を測ります。

謎の物質の質量

はかりで計測すると、この物質の質量は 77.29g でした。


続いて、メスシリンダーを使って体積を測ります。

謎の物質の質量と体積

その結果、体積は 13.1cm³ でした。

謎の物質の密度を計算する

謎の物質の質量と体積が分かったなら、計算すればすぐに密度が分かります。

謎の物質の密度

密度は 5.90 g/cm³ でした!


表を確認する限り、この謎の物質はガリウムであることが判明しました。


密度が分かると、計算によって物質を特定できるわけですね。

実際は、メスシリンダーや計測器の精度などから誤差が生まれますし、ピッタリの密度になることはありません。


また、この方法はある程度純粋な物質にだけ有効です。もし半分がガリウムで、半分が他の金属で混ざった合金であれば、密度が大きく変わるからです。

密度のグラフを理解する

グラフを書いてみると、物質と密度の関係がもっとよく分かります。

密度を表すグラフの線

縦軸に質量、横軸に体積をとった座標を作ります。

密度のグラフ座標

例えば、水の密度は 1g/cm³ です。1cm³ につき 1g なので、グラフに点を書き込んでみます。

密度のグラフに書き込む

当然、 2cm³ だと 2g ですし、5cm³ なら 5g10cm³ なら 10g になります。


その点もとって、線でつないでみます。

水の密度を表した線

これで、水の密度を表したグラフができました。


銅(8.96 g/cm³)、鉄(7.87 g/cm³)、アルミニウム(2.70 g/cm³)、ひのき(0.49 g/cm³)のグラフも書いてみましょう。

様々な物質の密度のグラフ

例えばある金属が目の前にあり、それは「銅」「鉄」「アルミニウム」のどれかであったとします。


質量と体積を測ってみると、その金属の質量は 20g 程度で、体積は 7cm³ でした。その点をグラフに書き込んでみます。

密度のグラフ

20g, 7cm³ の部分に書き込んだ黄色い点は、アルミニウムの線にとても近くなりました。

したがって、この金属はアルミニウムだと推測できます。

測定に誤差が出るので、アルミニウムの線の上にぴったり点が描けるわけではありません。

また、不純物が混ざっていると密度も少し変わってしまいます。

傾きと密度の関係

以下のグラフでは、

  • 縦軸……質量
  • 横軸……体積

をとっています。


したがって、傾きが急であるほど密度が大きく緩やかであるほど密度が小さいことになります。

密度の大きさとグラフの傾き

このグラフさえ作っておけば、実際の密度の数値を知らなくとも、物質の密度の大小がすぐに分かります。


上のグラフに出てくる物質の中では、水に浮かぶのはひのきだけだということも分かります。


水のラインより傾きが緩やかな物質は、ひのきだけだからです。

以下のような表において、水に浮かぶ物質は A~E のどれでしょう?

水に浮かぶ物質を密度のグラフから特定する

水のグラフよりも左上側にあれば、水より密度が大きいです。


水のグラフより右下側にあれば、水より密度が小さいです。

B, D, E は水に沈みA, C は水に浮かぶことになります。


ちなみに、BとD は同じ物質ですね。直線を引くと同じ直線上になるので、密度が同じだからです。

密度から同じ物質が分かる

では、A~E のうち、一番密度が大きいのはどれでしょう


それぞれの直線グラフを描いてみて、傾きが一番急なグラフを見つければOKです。

密度の大きい物質を選ぶ

最も大きいのが E, 最も小さいのが A ですね。


では最後の確認問題です。

以下の表における A~E のうち、水銀(13.6 g/cm³) に沈む物質はどれでしょう?

水銀に沈む物質をグラフから探る

これも、がんばって水銀のグラフを描いてしまえばすぐに分かります。

水銀に沈む物質を見極める

密度の意味を理解することに加えて、このようにグラフで考えるクセをつけることも、考える力を育てるために大切です。

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