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中学校、高等学校の化学分野において異相形成平衡を理解するためのイオン液体生成を用いた実験法の開発
https://doi.org/10.14990/0002000247
https://doi.org/10.14990/0002000247f740f953-5727-41c7-92d5-b089f7bbfbd0
| 名前 / ファイル | ライセンス | アクション |
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K04668.pdf (1.6 MB)
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| Item type | 紀要論文 / Departmental Bulletin Paper(1) | |||||
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| 公開日 | 2024-04-05 | |||||
| タイトル | ||||||
| タイトル | 中学校、高等学校の化学分野において異相形成平衡を理解するためのイオン液体生成を用いた実験法の開発 | |||||
| 言語 | ja | |||||
| タイトル | ||||||
| タイトル | Development of Experimental Method Using Ionic Liquid Formation to Understand the Equilibrium of Hetero Phase Formation in Chemistry at Junior High and High School | |||||
| 言語 | en | |||||
| 言語 | ||||||
| 言語 | jpn | |||||
| 資源タイプ | ||||||
| 資源タイプ | departmental bulletin paper | |||||
| ID登録 | ||||||
| ID登録 | 10.14990/0002000247 | |||||
| ID登録タイプ | JaLC | |||||
| アクセス権 | ||||||
| アクセス権 | open access | |||||
| 著者 |
田中, 美穂
× 田中, 美穂× 山本, 雅博× 木本, 篤志× 角屋, 智史× 町田, 信也× 池田, 茂× 村上, 良× 片桐, 幸輔× 外山, 真理× 岩月, 聡史× 茶山, 健二 |
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| 抄録 | ||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||
| 内容記述 | 本研究では、イオン液体平衡を沈殿平衡と同様の異相形成平衡として取り扱い、沈殿平衡の理解を助ける教材になり得るか、また、イオン液体生成平衡が沈殿生成平衡の代替実験として適切か、を考察するために、イオン液体のアニオンとカチオンの濃度および濃度比を変化させ、生成するイオン液体相の見かけの体積（正確な計測が必要なときには吸光度やイオン液体相の重量）を測定した。その際に今までの高校教科書で記載されている沈殿生成平衡等の記述あるいは写真と比較して、イオン液体生成平衡の実験では、 ① 形成されたイオン液体相と水との間の界面を視覚的に認識できるか？ ② 生成したイオン液体相の定量性を視覚的に理解できるか？ ③ さらに発展的な教材としてイオン液体生成平衡における溶解度積定数Ksp の算出等 教科書に適応させることは可能か？ 以上、3 つのポイントについて確認するために、実験の定量性を、重量測定および分光学的な手法を用いて、生成したイオン液体についての計測を行った。また、イオン液体を用いた簡便な実験法を考案し、この実験の正確性について考察するとともに、高校で教材として適用することが可能であるかを検討した。 その結果、①については、イオン液体に分配する色素を用いることにより、水とイオン液体の界面をはっきりと視認することが可能となった。また、②については、水溶液中より生成するイオン液体相の体積と生成反応に供したカチオン或いはアニオンの絶対量を視認し、定量性を見出すことが可能であった。一方、③については、モル溶解度を求め、その値から今回用いたイオン液体[BMIm][NTf2]の溶解度積定数Ksp を求め、その値が文献値とほぼ一致することを確認できた。しかし、この実験を高校で行うには、メスシリンダーの目盛りだけでは精度にかける部分があり、難しいと思われる。イオン液体と水を厳密に分離するためには、より多くの時間と工夫が必要であると考える。 以上、本研究では、分液漏斗内に[BMIm]Cl 水溶液、Li[NTf2]水溶液を加え、難溶性有機塩であるイオン液体を生成させる実験法を考案した。 ① この実験法では難溶性無機塩での実験に比べ水とイオン液体の界面を観察することができ、②また振とう機、遠心分離機などを用いることなく、簡便かつ短時間でその定量性を見出す実験を行うことができた。さらに③今回の実験の結果から、分液漏斗を用いて調製したイオン液体相をメスシリンダーに移し風袋引きを行うことでも、イオン液体の定量的な析出の観察とグラフを用いてのイオン液体の溶解度および溶解度積の導出を行うことが可能であった。 |
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| 抄録 | ||||||
| 内容記述タイプ | Abstract | |||||
| 内容記述 | In this study, ionic liquid equilibria were treated as hetero phase formation equilibria similar to precipitation equilibria, and the apparent volume of the ionic liquid phase formed (absorbance or weight of the ionic liquid phase when accurate measurements were required) was measured by varying the concentration and concentration ratio of anions and cations in the ionic liquid to see if it could be a teaching aid for understanding precipitation equilibria, and if ionic liquid formation equilibria are appropriate as alternative experiments to precipitation formation equilibria. In doing so, compare with the descriptions or photographs of precipitation formation equilibria, etc. described in high school textbooks up to now, in the experiment of ionic liquid formation equilibria, ① Can the interface between the formed ionic liquid phase and water be visually recognized? ② Is it possible to understand the quantitative nature of the ionic liquid phase formed for students? ③ Is it possible to calculate the solubility product constant Ksp in ionic liquid formation equilibrium, etc. as further developmental topics? Are those possible to adapt the textbook? In order to confirm the above three points, the quantitative nature of the experiment was measured for the generated ionic liquids using gravimetric and spectroscopic techniques. In addition, we devised a simple experimental method using ionic liquids, discussed the accuracy of this experiment, and examined the feasibility of applying this method as a teaching material in high schools. As a result, for ①, the interface between water and ionic liquids could be clearly seen by using a dye that distributes in ionic liquids. For ②, the volume of the ionic liquid phase generated from the aqueous solution and the absolute amount of cations or anions used in the formation reaction could be visualized and quantitatively determined. For ③, the molar solubility was determined, and the solubility product constant Ksp of the ionic liquid [BMIm][NTf2] used in this study was calculated from that value, and it was confirmed that the value was almost consistent with the literature value. However, it would be difficult to conduct this experiment in a high school, because the accuracy of the scale of a measuring cylinder alone is not sufficient. It is thought that more time and ingenuity are needed to strictly separate ionic liquids from water. |
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| 書誌情報 |
ja : 甲南大学紀要.理工学編 en : Memoirs of Konan University. Science and Engineering Series 巻 70, 号 1, p. 1-14, 発行日 2024-03-21 |
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| 出版者 | ||||||
| 出版者 | 甲南大学 | |||||
| ISSN | ||||||
| 収録物識別子タイプ | EISSN | |||||
| 収録物識別子 | 24346446 | |||||
| 書誌レコードID | ||||||
| 収録物識別子タイプ | NCID | |||||
| 収録物識別子 | AA11561231 | |||||
| 著者版フラグ | ||||||
| 出版タイプ | VoR | |||||
| 出版タイプResource | http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 | |||||
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Cite as
田中, 美穂, 山本, 雅博, 木本, 篤志, 角屋, 智史, 町田, 信也, 池田, 茂, 村上, 良, 片桐, 幸輔, 外山, 真理, 岩月, 聡史, 茶山, 健二, 2024, 中学校、高等学校の化学分野において異相形成平衡を理解するためのイオン液体生成を用いた実験法の開発: 甲南大学, 1–14 p.
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