１０．ワ ークショップ ３B
酸塩基と pH につい てのいくつかの実 験
荻 野
１．

和 子

はじめ に酸，塩基，酸性，アルカリ性は小学校―大学にいたるまで理科，化学に現れる基本概念である。セルプレート（以下プレートと呼ぶ）を用いると，手軽に多数の酸，塩基の実験ができる。
プレートには，試験管と比較すると次の長所がある：① プレートの縦・横にそれぞれ試薬を設定し，12-ウェルプレートでは 4×3（24-ウェルプレートでは 6×4、48-ウェルプレートでは 8x6）通りの組み合わせの反応や変化をみることができる。ウェルの数はいろいろあるので，対象，テーマにより適切なものを選ぶことができる。
② 目的によっては，1 列のみのストリップになったものを使うことができる。
③ プレートのウェルごとに試薬の量を変えて，混ぜ合わせる。通常は試験管 1 本で，試薬の 1 滴ごとに滴下しながら見る反応のいろいろな段階を静止画面のように再現することができる。
④ 混合して反応させる前の溶液と反応後のものをそれぞれ別のウェルに，とっておけるので変化が明白にみられる。
⑤ 色の変化を伴う反応では，視覚に訴える実験をくみたてやすい。
⑥ 適切な実験ワークシートを用意しておくと，実験操作の説明，実験結果の記録，結果の比較に便利である。
プレートはいろいろな実験に使うことができるが，多くの有機溶媒に溶け，また 80℃以上では軟化するので，火に近づけたり加熱しないようにしなければならない。また，プラスチック共通の性質として薬品が浸み込みやすいので，使用後はすぐに洗うことが必要である。
ここでは，プレートの特色を活かしたいくつかの酸と塩基の実験を体験する。

２．実験の概要
A． pH につ い ていろいろな色素は液性によって変色する。今回は，ユニバーサル試験紙(液）とムラサキキャベツを使って pH による変色を調べる。次に「1０倍希釈によって pH が１変わる」かどうか調べる。
B．簡単 な滴定 曲線を 描く
通常，滴定曲線の作成には，ビュレット，pH メーターが必要である。それらは高価で，使用にあたって説明を要する。ここでは、プレートとスポイト，指示薬を使って簡単な滴定曲線を描く。

３．実験の手順A．pH について
―1―

I.

ムラ サ キ キャ ベツ の p H 試 験液 を つ くる
次のいずれかの方法による。
①

ムラサキキャベツを細かく切り，水に入れて煮立てると紫色に色素が抽出されるので，ろ過してろ液を試験液として使う。

②

ムラサキキャベツを冷蔵庫の冷凍室で凍結させる。凍結したものを適宜砕き，少量の水を加えて色素を抽出する。

II．標 準 p H の 溶 液セ ット を つくる
ア．pH１‐６の溶液：

一番上の段の液は塩酸を 10 倍ずつ薄めてつくる。24 ウェルプ

レートを pH シート１の上に方向を間違えないように置き，下に書いてある溶液をそれぞれのセルにつくる。シートには，10 倍に薄めると pH は１ずつ変わると仮定した pH値が書いてある。
pH１の溶液：0.1mol/L 塩酸１０滴を入れる。
pH２の溶液：pH１の液１滴と純水 9 滴を入れよく振り混ぜる
以下同様にして順に希釈して pH６のウェルまで試料をつくる。
イ．pH５‐10 の溶液1)
二番目の段に用意してあるそれぞれの pH の緩衝溶液を９滴ずつシートに記載されているウェルに入れる。
ウ．pH11‐13 の溶液：3 段目の液は 0.1mol/L 水酸化ナトリウムを 10 倍ずつ薄めてつくる。シートには，10 倍に薄めると pH は１ずつ変わると仮定した pH 値が書いてある。
pH 13 の溶液：0.1mol/L 水酸化ナトリウム2)１０滴を入れる。
pH 12 の溶液：pH 13 の液１滴と純水 9 滴を入れよく振り混ぜる。
pH 11 の溶液：pH 12 の液１滴と純水 9 滴を入れよく振り混ぜる。
pH 10 の溶液：pH 11 の液１滴と純水 9 滴を入れよく振り混ぜる。

III. 溶液 を 1 0 倍 に薄 める と p H は１ 変わ る？
II で用意した標準 pH の溶液の入ったウェルにユニバーサル pH 試験液を２滴ずつ加え，変色表と比べる。2 番目の段の緩衝溶液は正しい値を示すはずである。ただ pH８は，変色表がにごった青色なのに対し，試料液は濁りのない青色となる。変色表が pH 試験紙用であるための違いである。
ア．II のア，ウでつくった液の pH はどのようになったか。
イ．（探究例）10 倍希釈で pH が１変化するというのは，どのような範囲で成り立つのか調べる。

IＶ．ム ラ サキ キ ャ ベツ の色 と pH
ア．24 ウェルプレートを pH シート２の上に置き，あらかじめ用意されている pH1-13の溶液を指定されたウェルに９滴ずつとる。
1) pH 5-10 は緩衝溶液を使う。希薄な溶液の pH は不安定で，空気中の二酸化炭素や指示薬そのものの影響を受けてしまうからである。希薄な溶液の pH は，不純物のない環境で，水素電極を使って測定する。
2) 水酸化ナトリウム NaOH は強アルカリ性でたいへん危険な薬品である。飛まつが目に入ると失明の危険がある。必ず眼鏡をかけること。手に触れたときは，すぐに流水で洗う。

―2―

イ．ムラサキキャベツ試験液を２滴ずつ加える。
ウ．ムラサキキャベツの色素の色は pH によってどのように変化したか記録する。
探究１ ： 植 物の色 素と p H
ア．調べたい花，葉あるいは果実から色素を抽出する。
100ｍL ビーカー中，水あるいはエタノールに浸してから絞る。
イ．あらかじめ用意されて pH1-13 の溶液を別のプレートに９滴ずつとる。
ウ．自分でつくった色素液を 2 滴ずつ入れる。
探究２ ： 身 近 なものの p H
身近にあるいろいろなもの，たとえば，清涼飲料，ジュース，シャンプー，洗剤のpH を調べてみよう。

B．簡単な滴定曲線を描く
ワークシート３を使う。シートの上に 24-ウェルプレートをのせて実験する，12 個のウェ
ルには 0.10 mol/L HCｌを 8 滴ずつ加えておく。その際，1 滴の大きさが一定になるよう，スポイトの先の部分が垂直になるよう注意して滴下する。ついでこれらのウェルに 0.10mol/L NaOH を順に 0，1，2， 11 滴加え揺すって混ぜる。ユニバーサルｐH 試験紙または試験液でｐH を調べる。pH１０以上では ALB 試験紙で pH を調べる。
塩酸の場合，強酸性を示す赤色と強アルカリ性を示す紫色のみが観察されることが多い。
まれに中性付近の黄緑〜青緑色のウェルが 1 つだけみられる。
残り 12 個には 0.10 mol/L 酢酸を 8 滴ずつ入れ，塩酸の場合と同様に 0.10 mol/L NaOH
を順に 0，1，2，11 滴加え pH を調べる。この場合には赤，橙，黄等さまざまな色が中和点までに観察される。
方眼紙 を用 い て，滴 数と pH をプ ロ ッ トする 。
問 題
１．

2 本の滴定曲線には，それぞれどのような特徴があるか。

２． 酢酸の滴定曲線で中和点の半分の滴定値のところのｐH 値を読み取り。理論値と比較せよ。酢酸の酸解離定数を２x10‐5 と近似して理論値を計算しよう。

探 究 例 グリシンの滴定曲線を類似の方法で描いてみよう。約 0.050ｇずつの結晶を 24ウェルプレートのウェル２個に取り，それぞれ純水２mＬで溶かす。一方を，0.10 mol/L 塩酸で，もう一方を 0.10 mol/L NaOH で滴定する。１滴いれては、ゆすってまぜ、pＨを調べる。

参考 文献
１）酸塩基に関するいくつかのスモールスケール実験，荻野和子，田嶋金

智子，東海林恵子，和宏，化学と教育，49，348（2001）

２）アミノ酸の緩衝作用についてのスモールスケール実験 ，東海林恵子，荻野和子，化学と教育，50，116（2002）―3―