授業の目的
アボガドロ数を理解させる。ややこしい概念なので、日常と関連付けて分かりやすく教える。
指導過程
私「みなさん、“ダース”という言葉を聞いたことがありますか?」
生徒「あるある!知らない!」
(市販のチョコレート「ダース(森永)」を懐から取り出す)
私「これは今日の先生のおやつなんですが、その名も「ダース」。
ではさっき、この言葉の意味を知ってると答えた人?(挙手のポーズ)」
(手を挙げさせる)
私「はい、じゃあ○○さん!“ダース”ってどんな意味ですか??」
○○さん 「12個を一まとめにした言い方…?」
私「そのとおり!ありがとう。いま、○○さんが言ってくれた通り、ダースっていうのは、12個を一まとめにした言い方なんです。確かに、このチョコレートも12個入っています。
鉛筆なんかでたまに使われたりするぐらいかな??日本ではそれほど頻繁には使われませんね。
あまり関係ないんやけど、その先、・・実は12ダースを一まとめにした言い方があります。これ知ってる人っている?(挙手のポーズ)」
(恐らく、ほとんどの生徒は知らないと思うが、知ってる生徒がいれば当てる)
私「やっぱり、みんな知らないかな?」
12ダースを一まとめにして1グロスっていう呼び方をします。実のところ、先生も最近知ったところです。
と、さて、こんなことを踏まえて、今日の授業の範囲に移っていこうかな…?
では、教科書の47ぺ一ジを開けてくれるかな?」
私「じゃあ、まずは1～9行目まで読んでもらおうかな?今日は、1月の16日やから…足して17。はい、17番の△△君。1～9行目まで読んでみてくれる?」
△△君「物質が変化するとき、原子・分子・イオンなどの粒子が結合したり、離れたりするので、物質をつくっている粒子の個数に着目して物質の量を表すと、便利な場合が多い。各粒子はきわめて小さいので、次のような粒子集団に含まれる粒子の数を単位として、物質の量を表す。」
質量数12の炭素原子12C12g中に含まれる12C原子の数を基準とし、この数と同じ個数の粒子の集団を1モル(単位:㎜o1)という。 モルを単位として表した物質の量を物質量という。
(アンダーラインのところを黒板に大きく書く)
私「はい、ありがとう!さあ、どうですか?言ってることは何となくでも分かりますか?」
生徒「う～ん…?」
(おそらく、いまの文を読んだだけでは非常に分かりづらいと思われる)
私「じゃあ、少し黒板にまとめてみるので、みんなもノートに写してくださいね。」
私「写せましたか～…?」.
生徒が全員こちらを向くまで待つ。
私「さて、まずはこの『質量数12の炭素』。炭素は他にも13と14っていう質量数のものがあったよね?こういうものを何て言いましたか??(挙手のポーズ)はい、■■君。どうぞ!」
■■君「同位体…?」
私「はい正解！じゃあ、ついでにもう1個。炭素におけるダイヤモンドとか黒鉛は何て言ったっけ?」
■■君「同素体!」
私「OK!この2つはごっちゃにならないように!っと、これは軽い復習。ようするに、質量数12の炭索っていうのは、最もありふれた炭素で、今回はこれを基準にしますよ…ということです.で、この炭素を正確に12ｇ計りとって、その中に含まれている原子の数を1モルとしますよ。というお話です。
じゃあ、この“モル”という単位…どのくらいの個数を一まとめにした数でしょうか!?」
(発問) 私「もう少し言うと、小さい小さい原子が、集まって12gとなる。
とすると、けっこうな数になりそうっていうのは分かるかな?
じゃあ、これくらいちゃうか?っていう数を言ってみてくれるかな??」
(自由に発言させて、その数を黒板に書いていく)
生徒A「1000ぐらい…?」
私「まだまだ、そんなもんじゃないよ!」
生徒B「10万とか?」
私「もっともっと!原子ってのはみんなが思ってる以上に小さくて軽いで!!」
生徒C「500億ぐらいあったらいけるんちゃう??」
私「おおっ!?いい感じに増えてきたね～…でも、まだまだやで」
生徒D「2兆!」
私「もう一声!!」
生徒E「10京!!」
私「もうちょい」
数に詳しい生徒F「那由他?」
私「いや…ちょい行き過ぎかも。京の上は知ってるかな?」
生徒「核(がい)ですか?」
私「そうそう!使うとしたらそれやわ。
で、本題に戻って答えを言うと、6.02x1023個というのが正解。
さっきの言葉で言うと、6020核かな?
ちなみに、この数は『アボガドロ定数』っていう名前で、NAという表記をします。
このアボガドロ定数はすっごく重要です。必ず覚えてください!」
12(個)/ダース
アボガドロ定数1N=6.02×1023(個)/mo1
(ここで、1023という表記方法を知っているかを尋ねる)
・知らなかった場合
私「これは、指数表記と言って、大きな数字を表したいときに便利な書き方で今回の1023というのは、Oが23個付きますよ。っていう表現です。」
私「では、そもそもなぜこんな値が必要なのか?何のために考え出されたのか?ということを説明していきたいと思います。まず、化学の最初で習ったように、原子というのは、種類ごとでそれぞれ大きさも重さも違ったよね?
とすると、2種類の原子を、1g分だけ取ったとしても、その中に含まれる粒子の個数っていうのはかなり変わってきます。」
私「今、仮に大きさの同じ発泡スチロールと鉄の粒があるとします。」
(イメージしやすいように黒板に2種類の粒々を描く)
私「もちろん、みんなが知っているように、発泡スチロールより鉄のほうが重たいよね?
では、この2種類を1kgずつ取ったら、どちらの粒のほうが多く取れるでしょうか?」
(発間:どちらの粒が多い?)
私「発泡の方が多いと思う人?(挙手のポーズ)鉄の方が多いと思う人?(挙手のポーズ)どっちも一緒っていうひとは?(挙手のポーズ)」
どれかに手を挙げさせ、それぞれの意見を聞いた後、小さなディスカッションを行う。
私「ということで、正解は、発泡のほうが多く取れます!」
私「じゃあ、この2種類の粒をA、Bという原子に見立てて、A+B→ABという反応が起きるとしたら、ちょっとしか取っていないBの個数分しか生成物は無くなるよね?じゃあ、Aに余分が出来てしまうし、このAは無駄になってしまう。無駄になったAは無害なものならマシだけど、仮に有害物質だったら大変なことになるよね?それこそ、捨てたら環境も破壊されてしまうし、食べ物なんかに入ったら食中毒を起こしてしまう可能性もあります。
では、どうすれば上手くいくか?
それを解決したのがさっきの『物質量』です。
質量数すなわち、原子量12の炭素12gには6.02×1023個の原子が含まれていた。
しかも、これはどんな原子や分子でも成り立つということがわかったんです。
ということは、これを上手く利用してやると、原子や分子同士を過不足なく反応させることができる、ということです。
何が言いたいかって言うと、化学者っていうのは、たとえ原子一つ分の無駄を省くのにひたすら努力します。
ある人から見れば、“ケチ”に見えるかもしれないけど、それは環境に対してとか、人に対する責任感がすごく強いっていうかんがえかたもできるよね?
みんなに、科学者になれっていうわけではないけど、一人ひとりにはすべきこと、自分にしかできないことっていうのがあるはずやから、その責任を重要視してほしいと思います。」
私「さて、今までに物質量の特徴、大きく2つ上げました。 それは、原子量や分子量の値にgをつけた重さ、これを『モル質量』って言うんやけど、この中には何個の原子・分子が含まれていますか?」
(全体に呼びかけ)
生徒数人「6.02×1023個」
私「そう、その通り!
6.02×1023個含まれていましたよ、と。
そして、もう一つ。
これは、気体に限定した話です。ちょっと、身近な気体を挙げていってくれるかな?」
(発問:身近な気体)
生徒「窒素(N2)、酸素(02)、水素(H2)、二酸化炭素(C02)…」
聞きながら、黒板にメモ(化学式で)
私「はい、ありがとう!
じゃあ、これらの分子量はわかりますか?
Nは14,0は16,Hは1,Cは12ですよ。」
生徒「窒素(N2):28、酸素(02):32、水素(H2)：2、二酸化炭素(C02):44」
私「そうです。そして、これらにgをつけた値が?」
生徒「モル質量！」
私「そして、この中にはもちろん…何個の気体分子がありますか?」
生徒「6.02×1023個」
私「そうです!その数をアボガドロ数って言いましたね?
そこで、もう一つ、
このモル質量分の気体をO℃、1気圧(atm)の標準状態で体積を測定したら、なんと不思議なことに、すべての種類の気体で同じ値になりました。
その値は、22.4リットル これは、モル体積と呼ばれています。
ちなみに、今日の授業で扱った物質量のお話は、今からだいたい200年前、1811年にイタリアのアボガドロさんっていう人が見つけて、『アボガドロの法則』って名づけま した。でも、この法則は発表した当時は認められてなくて、実証されたのは100年後だったそうです!
では、最後にまとめましょう。」
これがアボガドロの法則をまとめたものです。
では今日はここまでとします。