水溶液の定義について

質問

水溶液の3条件、濃さはどこも同じ・沈殿物が生じない・透明であるの3つだったと記憶しています。

水に赤インクを1滴たらしたものは水溶液ですが、ではインクの量を増やして向こうが見えなくなれば水溶液の透明の条件が消えるので水溶液ではなくなるということなのでしょうか？

回答No.8

101325

> デンプンは水に溶いても沈殿するので水溶液ではないとなっています。ジャガイモのデンプンも沈殿します。この点はどうなのでしょうか？

そうですね。ごめんなさい。小学・中学の理科でふつうに使われるデンプン液は水溶液ではないです。＃６で透明なコロイド溶液の例としてデンプン水溶液を挙げたのは、不適切でした。

食品売り場で売られているデンプンを使うと、透明な水溶液を作ろうとしても作れないはずです。デンプンを熱水に溶かしてから冷ますと、一見すると透明な上澄み液が得られます。ですけどこの上澄み液を良く見ると少し曇っていて、完全には透明になりません。「透明か不透明か」の基準を使うと、この上澄み液は水溶液ではないです。

一方、化学薬品のカタログにはジャガイモのデンプンやトウモロコシのデンプンと並んで可溶性デンプンという名の“デンプン”が載っています。この可溶性デンプンを使うと、曇りのない透明なデンプン液を作ることができます。＃６で透明なコロイド溶液の例として挙げたのは、このデンプン液だったのですけど、改めて考えてみたら以下のような問題点がありました。

・小学・中学の理科でデンプンは水に溶けないと教えているのだから、可溶性デンプンを実験で使うわけがない。
・可溶性デンプンはデンプンに化学処理を施して作るものなのに、これをデンプンの水溶液と呼んでいいものだろうか？
・可溶性のデンプンでデンプン液を作ると、ジャガイモのデンプン液よりも透明度が高いのは確かだが、それは本当に透明だったか？少しの曇りもなかったか？と詰め寄られると記憶に自信がない。

ということで、＃６に書いた
「小学・中学の理科で使われる(かもしれない)透明なコロイド溶液としては、デンプン水溶液が考えられます。こちらはその名のとおり、水溶液に分類されます」
は撤回させてください。お手数掛けましてすみません。

お礼

詳細な回答ありがとうございます。
小中学校の理科はかなり大雑把な定義だと思っております。
金は酸に溶けない、他の金属から金を作ることができない（錬金）も現代では可能ですものね。
お忙しい中お付き合いくださりありがとうございました。

回答No.7

hg3

＞牛乳は水溶液ではないとされていますが、牛乳は光が透けないと考えてよろしいのでしょうか？
はい、その通りです。
牛乳の場合、牛乳の成分(脂肪など）が水に溶けているのではなく、小さい粒となって分散している状態です。
小さな粒にあたった光は、その粒の中を透過できず、反射または散乱されます。言い方を変えると濁っているということです。この場合は、牛乳の中を光は透過しないつまり透明ではないと考えるのです。

実際は、牛乳を水で薄めれば、向こう側がうっすら見えるようになります。しかし「濁っている」と言われれば納得できるのではないでしょうか。

繰り返しになりますが、上記の説明も、学術的な説明としては、正確ではありません。
学術的には、牛乳のような液体は、先の回答にも出てきた「コロイド溶液」の一種です。コロイド溶液も「溶液」ですから、液体の成分が水である牛乳は水溶液の一種ということになります。

しかし、小中学校の理科のレベルでは、「コロイド溶液」は扱わずに、成分が水に溶けているかどうかという点のみを考えるということです。
上記の説明の通り、牛乳の成分は水に溶けているのでなく分散しているだけなので、溶けているわけではない。よって、食塩水や砂糖水のような典型的な水溶液とは区別して考えないといけないということなのです。

お礼

ご丁寧な回答ありがとうございます。
ようやく理解できそうです。

回答No.6

101325

> では教科書の３定義は誤りだとして、溶液とそうでないものとの定義を教えていただけますでしょうか？

水溶液とそうでないものの違いは、水に混じっている粒子の大きさです。

大まかな目安として、粒子の直径が１ナノメートル程度かそれよりも小さいときに水溶液といいます。粒子の直径が１マイクロメートル程度かそれよりも大きいときは水溶液とはいいません。その間の、粒子の直径が1nm～1μmの場合は、コロイド溶液といいます。粒子の直径が小さめのコロイド溶液は透明ですが、粒子の直径が大きめのコロイド溶液は不透明になります。不透明なコロイド溶液、例えば牛乳など、は、小学・中学の理科では、水溶液ではないものに分類されます。小学・中学の理科で使われる(かもしれない)透明なコロイド溶液としては、デンプン水溶液が考えられます。こちらはその名のとおり、水溶液に分類されます(濁ったデンプン液を使っているのであれば、デンプン水溶液ではなくデンプン水と呼ばないと生徒が混乱するんじゃないかと思う)。

> 水溶液の3条件、濃さはどこも同じ・沈殿物が生じない・透明であるの3つだったと記憶しています。

「透明であること」というのは水溶液の定義というよりも、その液体が水溶液かどうかを判別する方法のひとつ、と考えるのがいいでしょう。水に混じっている粒子の質量パーセント濃度がそれほど低くなくて、なおかつ水に混じっている粒子の色がそれほど濃くない場合には、透明か不透明かで水に混じっている粒子の大きさを判別することができますので、透明か不透明かで水溶液かそうでないかを判別できます。

目で見てすぐに分かるこの判別方法は、非常に優れた水溶液の判別方法です。ですけど、粒子の濃度が極端に低いときや、濃い色の粒子が溶けているときには、判定に失敗します。粒子の直径が大きくても、その数が少なくなれば、不透明度が下がりますから、十分に濃度が低くなれば透明に見えます。つまり水溶液でないのに水溶液であるかのように見えます。逆に、濃い色の粒子が溶けていて向こうが見えない水溶液の例としては、高校化学の実験で使われる過マンガン酸カリウム水溶液があります。

水に混じっている粒子の色が濃い場合でも、粒子の直径が小さくて濃度が薄ければ色の着いた透明の液になりますので、水溶液であると判断できます。この水溶液の濃度を濃くして向こうが見えなくなったとしても、粒子の直径が大きくなったのでない限りは、不透明でも水溶液です。

> 水に赤インクを1滴たらしたものは水溶液ですが、ではインクの量を増やして向こうが見えなくなれば水溶液の透明の条件が消えるので水溶液ではなくなるということなのでしょうか？

水に赤インクを1滴たらしたものが水溶液かどうかは、赤インクの成分の粒子の大きさに依ります。見た目では濁りがなくて透明に見えたとしても、粒子の直径が大きければ、水溶液ではありません。赤いものを水に一滴たらして透明になったということは、粒子の濃度が極端に低いということなので、見た目では水溶液かどうかを判断できません。

粒子の大きさがインクの量に依らないと仮定するなら、インクの量を増やして色が着き始めてから向こうが見えなくなるまでの状態から、水溶液かどうかを判断できます。澄んだ赤色が濃くなっていくなら水溶液です。濁った赤色(曇った赤色)が濃くなっていくなら水溶液ではありません。

インクの量を増やして向こうが見えなくなってしまった状態では、水溶液でないから不透明なのか、それとも水溶液だけど溶けている粒子の色が濃いから不透明なのかを、判断できません。

ということで、まとめると以下のようになります。
(1) 透明か不透明かで水溶液か否かを判断するのは、簡便で比較的正確な判別方法である。
(2) それでも、完全というわけではなく、判定に失敗することもある。
(3) 水溶液か否かは、水に混じっている粒子の大きさで決まる。
(4) 水溶液か否かの境目となる粒子の直径は、きっちりと決まっているわけじゃない。境目付近の液体のことをコロイド溶液という。

お礼

非常に分かりやすい回答ありがとうございます。
一点疑問があるのですが・・・、

＞小学・中学の理科で使われる(かもしれない)透明なコロイド溶液としては、デンプン水溶液が考えられます。こちらはその名のとおり、水溶液に分類されます

デンプンは水に溶いても沈殿するので水溶液ではないとなっています。ジャガイモのデンプンも沈殿します。この点はどうなのでしょうか？

しつこい質問で申し訳ありません。天の邪鬼ではありませんが、中途半端に納得したくないだけです。お気を悪くなされませんように。

回答No.5

hg3

このご質問に関しては、学術的に正確な定義を持ち出して議論をすることにはあまり意味はないものと思います。

既出の回答にある通り、「濃さはどこも同じ・沈殿物が生じない・透明である」は水溶液の正確な定義ではありません。そうでない例はいくらでもあります。
しかしながら、小中学校の理科のレベルでは、水に物が溶けるとはどういうことかというのを学ぶことが目的で、そのため説明ということであれば、「濃さはどこも同じ・沈殿物が生じない・透明である」というのが条件としても、おおよそ説明ができるので、それはそれで、良いということです。

例えば、水に溶けない砂粒を水と混ぜたものは水溶液と考えません。塩や砂糖を水に溶かせば水溶液です。この２つの違いは何かといわれれば「濃さはどこも同じ・沈殿物が生じない・透明である」で説明ができます。
インクを水に溶かしたものも、薄ければ、この条件に当てはまるので、水溶液と理解できます。

では、濃くなったら透明じゃないから水溶液じゃないのかと言われれば、そうは考えないと言うのが常識的な答えでしょう。
色がいくら濃くなっても、光が完全に遮断されるわけではなく、光が弱まるので、暗い（つまり光が弱い）と見えないだけです。ここで言う「透明」とは、”光が透ける”という意味であって、向こう側が見えるとか見えないとかを意味しているのではないと解釈するのが適当です。

ちょっと例えが良くありませんが、色の濃いサングラスがその例です。
サングラスをかけている人を、他の人が見たら、サングラスの下の目は見えません。ではそのサングラスは「光が透けない」＝「透明でない」と考えるのが妥当でしょうか？そうではありませんよね。サングラスをかけている本人からはサングラスを通して周りの景色が見えるのですから、「光は透ける」と考えるのが妥当ですよね。

話がそれましたが、結論として、インクを濃くして向こうが見えなくなったら水溶液でなくなると考えるのは正しくなく、向こうが見えようが見えまいが、インクを水に溶かしたものは水溶液だと考えるのが適当です。

お礼

非常に分かりやすい回答ありがとうございます。

＞ここで言う「透明」とは、”光が透ける”という意味であって、向こう側が見えるとか見えないとかを意味しているのではない

上記説明ですが、牛乳は水溶液ではないとされていますが、牛乳は光が透けないと考えてよろしいのでしょうか？

回答No.4

doc_somday

ご希望ですので、再度の書き込みはいたしませんが、「教師」に「全て」を提示して、意見を求めるべきだと思います。
なお、大きな容器に「船を浮かべる」件は、船が透明ではないので「無意味」につき削除して下さい。
失礼しました。

お礼

回答ありがとうございます。
再度の書き込みはしないとのことですので、他の方からの回答をもう少し待ってみます。

回答No.3

doc_somday

#１の回答者様は非常に知識が広く教えられるところが多いですが、今回は「詭弁の羅列」になっています。
ご機嫌が悪いのか。
＞水溶液の3条件、濃さはどこも同じ・沈殿物が生じない・透明であるの3つだったと記憶しています。
　いいえ、
ご質問者が正しい、一つずつ説明しましょう、その前にご質問者が「提示」された「定義」は「三つの条件」を「全て同時に満たす」事が必要です。
「濃さはどこも同じ」
食塩を入れて粒が一切見えなくなるまで放置すると下部は濃く、上部は薄いいずれも食塩水になります。濃度は不連続に変化する。
☆(水)溶液は「充分長い時間」を前提としています、数学において「無限」と云う「定義不能」な概念を避ける「定義」と同様、化学でも「無限の時間」を避けます、だからこの場合も「動きがある期間」は「定義」から、それは「溶液では無い」。

「沈殿物が生じない」
溶け残った物があっても、その上には溶液がある。
食塩水に油をたらしたら水面に浮く--沈殿物はない--けど
「透明」
☆これも「詭弁」、沈むのはダメだが浮かぶのは良い、なら「巨大な容器」に船を浮かべれば「透明」か？

極めて濃いクロム酸溶液は・・。大きな容器に入れると不透明だけど、ガラス板に挟むと透明

☆これは光の波長に依存する、だから特定の波長の光が「均一に」透過出来れば良い。

　よって、このいずれも溶液とは関係ない。科学的に思考するときは常に極端な例や例外を探すと見えてくる。
☆言っていることは「もっともらしい」が、完全な「詭弁」、「科学」は逆だ、「反論不能」を探します、三つの「性質を」「同時」に「かつ矛盾無く」満たすことが出来れば、反論は出来ない。

二種類の混合物でありかつ液相である物が溶液、水溶液とはその一方が水であるもの。
物質とは、純物質と混合物に分けられる。
混合物とは物理的方法で分けられる、ふたつ以上の純物質が混ざった物
純物質とは、そのどの部分を取り出しても物理的性質が同じもの

化学の一番最初の最初で学ぶところです。
☆それは正しい、だが「反論可能」では「定義」では無いし、塩の結晶、や表面の油は明らかに「溶液」の定義から「逸脱」している。

なお、最初に習う「定義」が「学問の」最先端まで「有効か」と問うたら、そんな筈は無い。
多くの場合「初心者」と「最先端の研究者」の目に見えているものは異なる。
それが同じなのは「幸福な例」に過ぎない。

お礼

回答ありがとうございます。
しかしながら専門家同士の議論についていけるだけの知識を有しておりませんので、当初の質問のインクの量を増やして向こうが見えなくなれば水溶液の透明の条件が消えるので水溶液ではなくなるかどうかという点についてご教授いただけますでしょうか？

回答No.2

ORUKA1951

＞それでは小学・中学の理科の教科書に書かれている上記条件は間違っているということでしょうか？
　そう書かれていれば誤りです。教科書がすべて正しいわけじゃない。
　コロイド溶液も溶液です。分散系
　　・・・「均一に溶けている」とは言わない。・・というふうには書く。
　均一な溶液と言えば、濃度差がある場合は除かれる。

　また、食塩水と砂糖水は根本的に異なる溶液ですよね。食塩水の中に食塩の粒子は存在しません。

詳細は
溶液 - Wikipedia( http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%BA%B6%E6%B6%B2 )

お礼

再度の回答ありがとうございます。
では教科書の３定義は誤りだとして、溶液とそうでないものとの定義を教えていただけますでしょうか？

回答No.1

ORUKA1951

＞水溶液の3条件、濃さはどこも同じ・沈殿物が生じない・透明であるの3つだったと記憶しています。
　いいえ、
「濃さはどこも同じ」
食塩を入れて粒が一切見えなくなるまで放置すると下部は濃く、上部は薄いいずれも食塩水になります。濃度は不連続に変化する。
「沈殿物が生じない」
溶け残った物があっても、その上には溶液がある。
食塩水に油をたらしたら水面に浮く--沈殿物はない--けど
「透明」
極めて濃いクロム酸溶液は・・。大きな容器に入れると不透明だけど、ガラス板に挟むと透明

　よって、このいずれも溶液とは関係ない。科学的に思考するときは常に極端な例や例外を探すと見えてくる。

二種類の混合物でありかつ液相である物が溶液、水溶液とはその一方が水であるもの。
物質とは、純物質と混合物に分けられる。
混合物とは物理的方法で分けられる、ふたつ以上の純物質が混ざった物
純物質とは、そのどの部分を取り出しても物理的性質が同じもの

化学の一番最初の最初で学ぶところです。

お礼

専門的回答で難しいのですが、それでは小学・中学の理科の教科書に書かれている上記条件は間違っているということでしょうか？