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夏休みの自由研究で簡単な実験を中学生向けにする方法やお勧めサイト、まとめ方のコツを紹介

投稿日:2017年7月24日 更新日:


夏休みと言えば、宿題がいっぱい・・・
だからこそ、自由研究は簡単な実験で済ませたいもの。

そこで、簡単な実験(ペーパークロマトグラフィー)を中学生向けにする方法を紹介します。

ここでは、
・夏休みの自由研究で簡単なペーパークロマトグラフィー実験を中学生向けにするには?
  クロマトグラフィーとは?
  家でも簡単にできる代表的なクロマトグラフィーの実験とは?
  ペーパークロマトグラフィー:水性ペンの色を分離する原理とは?
  簡単にできるペーパークロマトグラフィー実験を中学生向けにするには?
・ペーパークロマトグラフィーについて 写真付きの分かりやすい実験方法が載っているサイトを紹介
・夏休みの自由研究で考察やまとめ方のコツとは?

について紹介していきます。

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夏休みの自由研究で簡単なペーパークロマトグラフィー実験を中学生向けにするには?

簡単にできる理科の実験では、ペーパークロマトグラフィーがおススメです。

なぜかと言いますと、お家にあるもので実験材料が揃えることができ、1時間もあれば実験ができるからです。

クロマトグラフィーとは?

クロマトグラフィーとは、1906年ロシアの植物学者によって、植物の色素を分離する方法として発見されました。
そのときに、色素ごとに色が分かれて帯ができたことから、「色の記録」という意味で、ギリシャ語のChroma(=色)とGraphos(=記録)より、Chromatography(クロマトグラフィー)と呼ばれるようになりました。

(物質の大きさや吸着力など)物質の性質の違いを利用して、物質を成分ごとに分離する方法を総称して、クロマトグラフィーといいます。

そのため、クロマトグラフィーといっても、ガスクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、ペーパークロマトグラフィーなど様々な種類があります。

クロマトグラフィーという名前は、生活をしている中であまり聞かない言葉ですが、化学、生物学、薬学、医学などの様々な分野で利用されていて、身近なところでは薬の製造で活躍しており、私たちの生活になくてはならない優れた方法なのです。

まだまだ研究されていない植物について、クロマトグラフィーを利用して成分を分離すると、もしかしたら、ある病気の治療に有効な成分が見つかるかもしれません。このように、新しい薬の開発などにも利用されています。

簡単な例でしたら、絵具の赤色と青色を混ぜると、紫色になりますよね?このように紫色を作ることは簡単にできますが、もとの赤色と青色に戻すにはどうしたらいいのでしょう?このような時に、色を分離する方法として利用されるのが、クロマトグラフィーです。

家でも簡単にできる代表的なクロマトグラフィーの実験とは?

代表的な実験では、ペーパークロマトグラフィーの”水性ペンの色の分離”があります。

ペーパークロマトグラフィー、その名前の通り、を用いて分離を行います。

水性ペンは、赤、青、緑、茶、黒・・・など、たくさんの色の種類がありますが、
それぞれのペンの色は、いくつかの色素が混ざり合って、その色が出来ています

そこで、水性ペンにはどんな色の色素が含まれているか?ということについて、このペーパークロマトグラフィーを利用して、調べる実験です。

ペーパークロマトグラフィー:水性ペンの色を分離する原理とは?

どのようにして水性ペンの色素を分離するのでしょうか?

(展開する溶媒=水の場合について考えます)

水に紙をつけると、毛細管現象で、水は紙の中を流れて上昇していきます。
水性ペンに含まれている色素も、水に溶けて、水と共に上昇していきます。

しかし、水性ペンに含まれている色素は、それぞれ色素によって水との仲良さ(親水性)が異なります。

そのため、親水性の良い(水に溶けやすい)色素はどんどん上昇していきますが、
親水性の悪い(水に溶けにくい)色素から、順番に上昇せずに順番に止まっていくことになります。

その結果、色素の種類によって、上昇する高さが異なるため、水性ペンの色素が分離できるのです。

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簡単にできるペーパークロマトグラフィー実験を中学生向けにするには?

このペーパークロマトグラフィーの実験方法はとても簡単でして、準備物も家にあるもので実験が可能です。

ただ、この水性ペンの色の分離だけでは簡単過ぎまして・・・

「黒色の水性ペンは、○○色と●△色からできていることが分かりました。」・・・終了。

となってしまい、小学生レベル?と思われるかもしれません。

では中学生レベルにするにはどうしたらいいのでしょうか?

中学生レベルにするには・・・

「実験する条件を増やして検証してください」

簡単な実験なので、そんなに手間もかかりません。どんな条件かと言いますと、以下に例を紹介します。
例えば、
「メーカーの異なる水性ペンを比較」
 紫色、茶色、青色、黒色でも、メーカーによっては濃かったり薄かったりしませんか?微妙に色が違いませんか?

「同じメーカーの水性ペンと油性ペンを比較」
 水性ペン、油性ペンでは、水ににじんだり、にじまなかったりという違いがありますが、他にはどんな違いがある?色素は同じ? 

「展開する溶媒を変えてみる(水・消毒用のエタノール・お酒・マニュキュアの除光液など)」
 ペンの色素は、水以外を使用すると、どんな分離をする?水のときと同じ色に分離するの?同じ順番になるの?
 
「紙の種類を変えてみる」
 紙の種類の違いによって、色素の分離の仕方は変わるのか?

「分離した色を混ぜる」
 分離した色素の色を、絵具で混ぜた時に、元のペンの色を再現できるの?

など、気になることをどんどん比較してみてください。比較して分かったことをまとめてください。

気になったことは調べたり、更に追加実験を行うなど、深く掘り下げていくと、簡単な実験でも、中学生レベルの立派な実験になっていきます。

ペーパークロマトグラフィーについて 写真付きの分かりやすい実験方法が載っているサイトを紹介

(1)産総研
このサイトは、準備物から実験方法、結果まで、写真付きで丁寧に説明が書いています。
実験を行う時に、どんなところに着目するといいのか?実験後、結果から色が分かれる仕組みや、クロマトグラフィーがどんなところで活躍しているのか?まで分かりやすく説明しているサイトです。

(2)みんなの実験室6. 
このサイトは、準備物、実験方法が丁寧に説明していて、水性ペンのメーカーの違いや、展開する溶剤を変えた時の実験も行っています。

(3)水の自由研究 
水性ペンの色の分離だけなので、小学生向けの実験でありますが、分かりやすい”自由研究のまとめ方”(レポートの書き方)が書いているのでおススメです。

(4)おまけ
油性・水性サインペンの違いについて

夏休みの自由研究で考察やまとめ方のコツとは?

考察などのレポートのまとめ方のコツは、「自分の考えをしっかりと書くこと」です。

そのためには・・・

『まず実験をする前に、原理についてよく理解してください。
その原理を理解したうえで、実験方法・条件などを考えましょう。

そして実験する前に、「おそらく、こういう結果になるだろう」と予想してください。

実験後、予想通りになりましたか?
結果から、何か気が付いたことありませんか?
疑問に思ったことは、調べたり、追加実験をするのがおススメです。』

このように、原理を理解してから、実験方法・条件を自分で決めると、どんなところに気を付けて実験をするといいのか?考えるようになります。(実験に失敗した時も、対策や追加の実験方法が思いつきやすいです)

そして、予想しながら実験をすることによって、ただ言われたとおりに実験するよりも、より注意して見るようになるため着目点が変わり、実験中や結果から気付くことも多くなります。

さらに、調べたり、追加実験をすることで、より深く考えるようになり、どんどん素晴らしい自由研究になっていきます。

そうなると、自然と自分の考えがたくさん出てくると思いますので、この自分の考えをまとめて、レポートに書くようにしましょう。

自由研究のレポートの構成や上手くまとめる方法については、こちらで詳しく説明しています。

まとめ

自由研究の参考になりましたでしょうか?
ペーパークロマトグラフィーは家でも簡単にできる実験ですのでおススメです。
早く済ませて、夏休みを満喫してくださいね。

⇒夏休みの自由研究のまとめでレポートの書き方や文章で気を付けることは?
⇒読書感想文で中学生でも分かりやすい書き方やコツ 書きやすい本を紹介

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