テキスト ボックス: 浸透圧

 

 

 

 

 

 私たちは、この課題研で浸透圧について調べました。最近よく植物用の水タンクや紙おむつなどに使われている吸収性ポリマーは、浸透圧を利用した高分子化合物だということを知りました。そこで吸収性ポリマーがどんな仕組みになっているのか、いろいろな実験をしてみました。

 

 

 

 まず、吸収性ポリマーの吸水能力を調べました。吸収性ポリマー入りの紙おむつに水を含ませました。比較のために、脱脂綿・ティッシュペーパーにも水を入れました。吸収性ポリマーは、1gあたり120mlの水を吸収しました。脱脂綿・ティッシュペーパーは紙おむつと比べるとほとんど吸収しませんでした。

 

 

 吸収性ポリマーの分子中には親水基があります。水を含むと一部が電離し、+イオンが離れ水中にでます。ポリマー中の親水基には−イオンが残っています。その+イオンと−イオンが互いに引き合う力により水分子が親水基にとらえられます。つまり、縦横に張り巡らされた高分子の編み目の中に水分子が水素結合で押さえ込まれた形となります。従って圧力を加えても水をはじき出しません。

 

 

 

次になぜナメクジは塩をかけると小さくなるのか?その仕組みを理解するため、人工ナメクジを作りました。まずセロハン膜の中に水を入れ、その上から塩をふりました。そうすると、セロハン膜の中から水がしみ出てきました。セロハン膜は、水を通すすき間があるので放置しておいても水がしみ出ますが、塩をふると外側の溶液を薄めようとセロハンの内側から次々と水がしみでてきます。これが浸透圧の原理です

 

 

 


 

次に浸透圧の性質を調べるための測定を行いました。実験装置は、セロハン膜とガラス管を用いこのような簡単なものを作りました。ガラス管中の溶液の高さから浸透圧を求めました。

(@) まずショ糖を用い、濃度を変えて浸透圧の測定をしました。0.0050.010.0020.0250.03mol/lの溶液を用いて水位の高さを縦軸にとりました。浸透圧は時間によって変化しやすいので一定値を利用しました。

    次に、濃度と浸透圧の関係を調べました。濃度と浸透圧は、ほぼ比例関係になりました。

実験A

(@)ショ糖の濃度別(0.0050.010.020.0250.03mol/l)浸透圧の測定

 浸透圧は、時間によって変化しやすいのでこの値を利用した。

 

縦軸:水位

横軸:時間

 

濃度と浸透圧は

比例                    

         する

 

 


 

 

 


(A) デンプンでの実験は0.20.4gのデンプンを用い、ショ糖と同様に浸透圧を求め、横軸を質量、縦軸を浸透圧のグラフを書きました。これもまた、予想通り濃度が濃いほど浸透圧は高くなりました。

 

(A)デンプンの濃度別(0.20.4)浸透圧の測定     

縦軸:水位,横軸:質量   質量2倍    水位2倍     


*水位が下がったのは水がガラス管内から蒸発したためだと考えられる。

                (ビーカーにはラップをかけた)   

  

実験C

*デンプンの分子量計算には、平均値を利用した。

デンプンの水位から分子量を求める

πV=wRT/(ファントホッフの定理を利用 π:浸透圧 V:体積 w:質量 R:気体定数(0.082)

:絶対温度 M:分子量

 

浸透圧が分かると、分子量を求めることができます。デンプンの分子式は、(C6H10O5)n とnが分からないので、ファントホフの定理を利用して実験により求めました。浸透圧と各条件には次の関係が成り立ちます。  πv=wRT/M のπは、浸透圧。vは体積。wは質量。Mは分子量。Rは0.082。Tは絶対温度です。ガラス管内の水の質量からセロハンにかかる圧力を求めました。0.2gのでんぷんの高さは8mmで、0.4gの高さは、18mmでした。計算すると分子量は、いずれもほぼ10万の値を示しました。浸透圧は高分子化合物の分子量を求めるのに有効だと考えられます。

 

 

 

これらの実験をして浸透圧は、化学反応というよりは物質の濃度に関わる物理的現象だということが分かりました。同じ質量で様々な物質の浸透圧を測定することで、同じ質量の物質でも浸透圧が異なることが分かりました。また、浸透圧は、濃度に比例することが分かりました。利用するデンプンの質量を変化させてもほぼ同じ値の分子量が得られることで浸透圧から高分子の分子量を求めることができると分かりました。

吸収性ポリマーは、浸透圧を利用した簡単な原理で機能しています。現在、紙おむつや植物用の土壌用に利用されていますが、今後、吸収性ポリマーは、様々な方向で利用できると考えられます。

 

             えり&はる                     これで終わります。