小学校理科 6学年

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6年の理科で習う分野は、下の学年の分野と比べて、むずかしい内容が多くなります。 また、実験方法も、むずかしくなる内容が多くなります。 実験方法を間違えると、とてもキケンですので、実験方法については、学校の教科書や、学校の授業を参考にしてください。
小学生で、学校教科書をお持ちのかたは、まずは、学校教科書から、お読みください。
また、5年生以下の学年の読者のかたは、以上に説明したような理由から、理科の学習に関しては、まずは自分の学年の内容から、学習することを、おすすめします。

目次

物の燃え方[編集]

物の燃え方と空気[編集]

ろうそくと空気の関係を調べる実験の説明図。
 消える場合。びんに ふた をすると、すぐに火が消えてしまう。なぜなら、外から空気が入ってこれないので、つまり空気中の酸素が びん の中に入ってこれないので、火が燃えつづけることが出来ない。だから、すぐに火が消えてしまう。
※ この分野では、物を燃やす(もやす)ときの仕組みについて説明します。キケンですので、家庭では、けっして実験しないでください。燃やす実験については、学校の理科の授業で、行ってください。


学校で、ものを燃やす実験をするときは、窓(まど)をあけるなどして、かん気(かんき、換気)をしましょう。

※禁止(きんし)  物を燃やす実験のとき、火のちかくには、紙などの燃えやすい物を、置いてはいけません。

(家で食べ物を料理するとき、台所で火をつかうときに、換気扇(かんきせん)を回すのも、換気をして、空気を取り入れるためです。)


ろうそくや木、紙などが燃える時について学習しましょう。

ものを燃やすには、空気が必要です。しかし、空気だけでは、燃えません。物が燃えるには、空気のほかにも、火などの高い熱(ねつ)と、紙や木などの炭素(たんそ)をふくんでいる物が必要です。

ろうそくと空気の関係を調べる実験の説明図。
 燃え続ける場合。



炭素(たんそ)という個体を含んでいる物が燃えると、二酸化炭素(にさんかたんそ)という気体を発生します。

炭素を含んでいる物は、たとえば木や紙や、デンプンやアルコールや木炭(もくたん)や砂糖などに、炭素が、ふくまれています。 デンプンや砂糖などが燃えるのは、この炭素を含んでいるからです。ロウソクも、炭素をふくんでいます。

炭素が燃えるときには、空気中の酸素(さんそ)と、炭素がむすびついて二酸化炭素が出来ます。


二酸化炭素は、物をもやすことが出来ません。

右の図のように、びん に ふた をしてしまうと、酸素は燃えるのに使われて二酸化炭素に変わってしまいます。酸素がなくなるまでは、燃え続けますが、燃え続けると、びんの中の酸素はなくなってしまいます。そして酸素がないので、燃え続けることが出来ずに、火は消えてしまいます。


びん に ふた をしなければ、びんの口から、空気がいっぱい入ってくるので、空気中の酸素も入ってくるので、ろうそくは燃え続けることが出来ます。


炭素をふくんでいいない物質でも、燃えることがあります。鉄からつくられたスチールウールは炭素を、ふくんでいません。スチールウールは、火をつけると、燃えます。なお、ロウソクは、炭素をふくんでいます。

酸素(さんそ)という気体があります。たとえば、空気中にも酸素が、ふくまれています。 物が「燃える」(もえる)とは、ほとんどの場合は、酸素が、ほかの物質と反応することです。 燃えやすい物と、酸素とが、反応をすると、高温と明かりをだすので、「燃える」現象になるのです。

燃えるとは、燃える側の物質どうしの結びつきが切れて、かわりに 酸素 と くっつく ことです。

物が燃えると、酸素と くっついて 高温を発するため、熱によって、燃える側の物質が分解しやすくなり、ますます酸素と元の物質とがくっつきやすくなります。

小学校では、「燃える」と言った場合、それは物が酸素とくっついて高熱と光を発することだと思って良いでしょう。

木や紙が燃えるときなどのように、炭素と酸素が反応して燃えると、二酸化炭素(にさんか たんそ)が できます。

いっぽう、スチールウールなどのように、鉄と酸素が反応して燃えると、酸化鉄(さんか てつ)が できます。


発展:ろうそくの炎のしくみ[編集]

ろうそくの炎(ほのお)
・外炎(がいえん) ・・・ 炎の、いちばん外側の部分。色がうすくて、見えにくい。
・内炎(ないえん) ・・・ 一番、明るい。
・炎心(えんしん) ・・・ 芯(しん)に近くて暗い。


特徴

外えん(がいえん、外炎)
空気に、じゅうぶん、ふれているので、完全燃焼しており、そのため、温度はいちばん高くて 約1400度 である。

水にぬらした わりばし をさしこむと、外炎の部分から、こげ始めるため、外炎がいちばん温度が高いことが分かる。

ろうそく実験で、水でぬらした割り箸を炎にさしこむ実験。外炎のところから、わりばしは、こげはじめる。

内えん(ないえん、内炎)
ろうそく から 分解された炭素が、空気にふれていないので、炭素が燃えきらずに すす になっている。この すす が炎の高温でかがやいているので、内炎がいちばん明るくなってる。

内炎の温度は 約1200度 である。


えん心(えんしん、炎心)
酸素が少なく、あまり燃えていない。そのため、温度がひくく 約1000度 である。

ガラス管を炎心にさしこむと、ガラス管の先から白い けむり が出てくる。この白い けむり に火を近づけると、けむり が 燃えるので、炎心は、まだ燃えきっていない物質があることが分かる。

木の むし焼き[編集]

木の蒸し焼き。
試験管の口は、すこし下げる。 熱せられた木から、褐色(かっしょく)の液体が出てくるが、この液体で試験管が冷やされるので、口を少し下向きにしないと、液体が加熱部(かねつぶ)にもどってしまい、加熱部が一気にひやされて、試験管が割れてしまう。


木を、火にはつけずに、試験管などに木を入れ、その試験管を加熱すると、中の木が燃えずに分解する。これを木の むし焼き という。

木をむし焼きすると、白い気体が出てくる。むし焼きされた木から出る白い気体を木ガス(もくガス)といい、むし焼き実験での試験管の口にマッチをちかづけると燃えることから、この木ガスは燃えることが分かる。つまり、木ガスは燃える。

また、むし焼きされた木から、木さく液(もくさくえき)と木タールという液体がたれてきて、試験管の出口のほうに、たまる。

むし焼きされた木は、黒い固体となり、木炭(もくたん)になる。木炭のおもな成分は炭素であり、空気中で加熱すると、あまり炎を出さずに、固体のまま、ゆっくり燃える。燃えるときに赤い光を出す。木炭は、バーベキューなどで燃料としても用いられる。


発展:原子(げんし)と分子(ぶんし)[編集]

※ 原子や分子については、くわしくは中学校で習います。小学校では、原子や分子については、分からなくても、読むだけで、じゅうぶんです。いちおう、小学校の教科書にも、元素記号は、写真などで、ちょっとだけ書かれています。

二酸化炭素とは、炭素に酸素がくっついた物だということが、分かっています。 「二酸化」の「二」という数字は、どこから来た由来かを説明します。

じつは、物質には、物質ごとに最小限の大きさの粒があります。その最小の粒を原子(げんし)と言います。 原子(げんし)より細かく小さくすることは、出来ません。どんな物体も、原子がいくつも組み合わさって、できています。 鉄も、塩も砂糖(さとう)も、空気も、二酸化炭素も、原子が組み合わさって、できているのです。

光や温度は、物体ではないので、光や温度は、原子からは、できていません。

18世紀ごろに、ヨーロッパの科学者たちによって、すべての物体は原子から出来ているということが、分かりました。


原子は、とても小さく、目では見えません。光学顕微鏡(こうがくけんびきょう)でも、見えません。光学顕微鏡とは、理科室などにある、レンズで拡大した光で物を見る顕微鏡です。

電子顕微鏡でないと、見れません。電子顕微鏡は、とても値段が高いので、小学校から高校までの実験では、まずは電子顕微鏡は使わないでしょう。図鑑などを探せば、原子を撮影した写真やイメージ図などが、あると思いますので、それらを参考にしてください。

そして二酸化炭素の話題に、もどりましょう。「ニ」という数字の由来でしたね。 じつは、酸素の原子が2個と、炭素の原子が1個で、これらがくっついて(酸化)、二酸化炭素の気体の粒になっていることが分かっています。なので、「二酸化」「炭素」と言うのです。

二酸化炭素のように、原子と原子がくっついて、もとの原子とは性質のちがう粒の、最小の粒になったものを分子(ぶんし)と言います。

燃えたりして、ほかの物質ができる反応が起きる時は、原子や分子が、反応をしています。

炭素の最小の粒である、炭素の原子を、 炭素原子(たんそげんし) と言います。

黒鉛(こくえん)の、かたまり。

エンピツの芯(しん)などにもちいられる、黒鉛(こくえん)という物質は、原子ではなく、炭素の結晶(けっしょう)です。あるいは、黒鉛は、炭素の結晶がいくつも合わさった者です。 どちらにせよ、肉眼で見れるような黒鉛のかたまりは、原子では、ありません。 炭素に限らず、結晶は、原子では、ありません。また、結晶は、分子では、ありません。

炭素原子を、記号で C と書き、「シー」と読みます。酸素原子をOと書き、オーと読みます。 このように、原子の種類をあらわす記号を 元素記号(げんそきごう) といいます。

元素記号のCとOをくみあわせると、二酸化炭素は CO2 と書けて、 CO2 を「シーオーツー」とよみます。「ツー」は数字の1・2・3を英語でワン・ツー・スリー(one,two,three)というときのツーです。

CO2 のように、元素記号をもちいて、あらわした分子の種類を 化学式(かがくしき) と言います。

食塩は、じつは、塩化ナトリウム(えんかナトリウム)という分子の、多くの集まりです。とても多くの数の集まりなので、分子の数は、小学生では数えきれません。

食塩の結晶の原子・分子にもとづく構造。つまり、塩化ナトリウムの結晶の構造
たとえば図の緑の球体(きゅうたい)がナトリウムだすると、青の球が塩素(えんそ)。このように、塩化ナトリウムは、くりかえしの構造である。

食塩の結晶は、食塩の分子ではありません。食塩の結晶は、とても多くの数の分子の塩化ナトリウムが集まって出来ているので、結晶は、最小の粒(つぶ)では無いからです。 塩化ナトリウムは、塩素とナトリウムから、できています。塩素の元素記号は Cl と書き、「シーエル」と読みます。 ナトリウムの元素記号はNaと書き、「エヌエー」と読みます。 塩化ナトリウムを NaCl と化学式で書きます。塩化ナトリウムは結晶なので、1個の分子ではないですが、 NaCl のように書きます。読みは「エヌエー シーエル」と読みます。 結晶のように、くりかえしの構造をもつばあい、その最小の単位の構造の、分子の化学式を書きます。


※ なお、濃度の高い塩素(えんそ)は、猛毒(もうどく)です。なので、けっして、塩素をつかった実験は、けっして、小学生は、しないでください。第一次世界大戦では、毒ガスとして塩素が、ヨーロッパの戦場で使われたことがあるほどに、濃度の高い塩素は毒物なのです。 (※ 第一次世界大戦の話は、理科の範囲外なので、暗記しなくてよい。)
なお、現代では、水道水の消毒に、濃度を下げた塩素が、使われてます。
水分子(みず ぶんし)の説明図

水(みず)の分子は、じつは、酸素の原子である酸素原子と、 水素原子(すいそ げんし) という原子の物質が、くっついてできていることが分かっています。(酸化が起こった。) 水素原子の2個と、酸素原子の1個で、水の分子の水分子(みずぶんし)ができていることが、分かっています。 水素原子の元素記号は H であり、「エイチ」と読みます。酸素原子の元素記号は O でありオーと読みます。 水分子は H2O と書き、「エイチツーオー」と読みます。


砂糖の分子の名前は、「ブドウ糖」(ぶどうとう)というのですが、ブドウ糖の分子には、炭素と水素と酸素が、入っていることが,分かっています。ブドウ糖の分子の仕組みは、炭素が6個で、水素が12個で、酸素が6個だということも、分かっています。二酸化炭素みたいな呼び方では呼びません。ブドウ糖は「6酸化12水素化6炭素」とは呼ばずに、そのまま「ブドウ糖」と呼びます。ちなみに、ブドウ糖の化学式(かがくしき)は、C6H12O6です。(ブドウ糖の化学式は高校で習うので、小学では、おぼえなくていいです。)

ちなみにブドウ糖を燃やすと、二酸化炭素だけでなく、水も発生することが分かっています。水素がふくまれてるので、その水素が燃えるときに空気中の酸素とくっついて、水になるから、です。 料理などのさいに、砂糖をこげつかしても、ぜんぜん水が出来たように見えないのは、熱で水が蒸発してしまったからです。

木や草や砂糖やデンプンなどのように、燃えると炭素が出る物質は、かならず分子の中に炭素をふくんでいます。

物を燃やしても、原子は、地球上からは、消えたりはしません。物を燃やしても、原子は壊れません。 物を溶かしても、原子は壊れません。

原子として、少なくとも、以下の物が、あります。

原子

  • 水素 H
  • 酸素 O
  • 窒素(ちっそ) N
  • 炭素 C
  • 鉄 Fe
  • マグネシウム Mg
  • ナトリウム Na
  • カリウム K
  • 銅 Cu
  • 銀 Ag
  • 金 Au
  • ヨウ素 I


分子として、少なくとも、以下の物が、あります。

分子

  • 水分子(みずぶんし)H2O ・・・ ※水素分子と、まちがえないように。 水分子と水素分子は別物。
  • 酸素(気体の場合)O2
  • 窒素 (気体の場合) N2
  • 水素分子 H2
  • 炭素 C
  • 二酸化炭素 CO2
  • 鉄 Fe ・・・鉄の結晶内の最小の繰り返し(くりかえし)を、分子として、あつかう。
  • 食塩(塩化ナトリウム) NaCl ・・・結晶内の塩化ナトリウムの最小の繰り返し(くりかえし)を、分子として、あつかう。

空気とものの燃え方[編集]

物が燃えるには、酸素が必要です。 物が燃えると、その燃えたものに酸素が、くっつくのです。

この現象を、酸化(さんか)といいます。

空気中には、酸素が、気体で、ふくまれています。

空気の なりたち。

空気には、窒素(ちっそ)という、気体も、ふくまれています。じつは空気の78パーセント近くは、窒素(ちっそ)です。 酸素(さんそ)は、空気の20パーセントくらいです。

「窒素」(ちっそ)の、「窒」の漢字は、小学生にはむずかしいので、テストで書く場合は「ちっ素」と書けば、小学校では、じゅうぶんだと思います。

割合(わりあい)を分数(ぶんすう)であらわせば、空気中の5分の4が窒素(ちっそ)で、5分の1が酸素(さんそ)です。

空気中の二酸化炭素の割り合いは、0.04パーセントと、とても小さいです。 窒素は、窒素原子(ちっそげんし)が2個くっついた分子の形で、空気中に、ふくまれています。窒素の分子を 窒素分子(ちっそぶんし) と言います。

他にも空気には、アルゴンという分子が、約1パーセント、ふくまれています。水蒸気も、0.04パーセントくらい、ふくまれています。水蒸気の含んでいる割合は、湿度(しつど)によって変わります。アルゴンの元素記号はArです。大文字のエーAに小文字のアールrです。


空気中の窒素分子には、ものを燃やす働き(はたらき)は、ありません。二酸化炭素にも、ものを燃やす働き(はたらき)は、ありません。 空気中にふくまれる気体で、物を燃やす働きがあるのは、酸素(さんそ)だけです。


酸素が無いと燃えません。 なので、燃えてるものを密閉(みっぺい)すると、酸素が供給(きょうきゅう)されなくなるので、火が消えます。

燃えてるものに、酸素だけの気体を送ると、とても、はげしく光を出して燃えます。火花を発するぐらい、はげしく燃えます。学校での実験の際には、注意してください。


酸素は、ほかの物質と反応すると、はげしく燃えます。ですが、じつは、酸素そのものだけでは、燃えません。 酸素が燃えるには、他の物質が、必要になります。


  • 酸化(さんか)

なお、ある物質の分子に、酸素がくっつくことを、 酸化(さんか) といいます。 たとえば鉄のスチールウールが燃えると、鉄に、酸素の分子がつくので酸化鉄になります。酸化鉄は、鉄の原子に酸素分子がくっついた物質で、酸化鉄とは鉄が酸化した物質です。

二酸化炭素も、炭素が酸化した物質だから、「二酸化炭素」と言うのです。


  • 参考。ほかの物質について。

5年生までの植物の肥料についての授業で、もしかしたら「リン・ちっ素・カリウム」という、肥料の三要素を、読者は習ったかもしれません。

空気中にふくまれる窒素分子(ちっそぶんし)の元となる原子と、肥料の窒素の元となった原子は、おなじ原子(げんし)です。 窒素肥料(ちっそひりょう)とは、窒素原子を含む物質を、多く、ふくむ、肥料です。

リン肥料やカリウム肥料にも、じつは原子が、あります。 リン肥料には、リン原子を含む物質が、多く含まれています。

カリウム肥料には、カリウム原子を含む物質が、多く含まれています。

ものが燃えたあとの空気[編集]

炭素をふくんだものが燃えると、二酸化炭素が、できます。二酸化炭素は、石灰水に通すと、白く、にごります。なので、木の石灰水の反応を利用して、気体が二酸化炭素をふくんでいるかどうかを調べることができます。

また、燃えた時に二酸化炭素が発生するのは、燃えたものが炭素を、ふくんでいる場合だけです。 炭素をふくんでいないものが燃えても、二酸化炭素は発生しません。 たとえば鉄から出来た物質であるスチールウールを燃やしても、二酸化炭素は発生しません。スチールウールは炭素を、ふくみません。

なので、燃えたものから発生した気体を集めて石灰水に通せば、白くなるかどうかを調べることで、燃えたものが炭素を含むかどうかを調べることができます。


  • 気体の集め方
水上置換法(すいじょう ちかんほう)の説明図。
  • 水上置換法

科学実験で発生させた気体を集める場合、気体が空気よりも軽い物質の場合は、空気中を上昇していくので、補集用のフラスコなどは向きにして集める必要がある。 水に溶けない気体の場合は、水を満たした水槽に、フラスコを開いた口を下向きにして入れ、フラスコの内部は水(みず)で満たしておき、このフラスコの中にガラス管などで気体を導く。この方法を 水上置換法(すいじょうちかんほう) という。

酸素や水素は水に溶けにくいので、水上置換法で集められる。

水に溶ける物質でも、溶けにくい物質ならば、水上置換法で集める場合もある。

上方置換法(じょうほうちかんほう) の説明図。
  • 上方置換法

空気よりも軽い気体を集める場合で、水に溶けやすい物体を集める場合や、水に溶けにくい気体でも水に溶かしたくない場合などは、水を使わない方法で集める必要がある。フラスコの開いた口を向きにし、そのフラスコの内部にガラス管などで気体を導く。このとき気体を導くための管は、フラスコの奥の上の方まで入れる必要がある。このような集め方を 上方置換法(じょうほう ちかんほう) という。

下方置換法(かほう ちかんほう)の説明図。
  • 下方置換法

空気よりも軽い気体を集める場合は、補集用(ほしゅうよう)のフラスコなどは、開いた口を上向きにして集める必要がある。 この集め方を下方置換法(かほう ちかんほう)という。


酸素のつくりかた[編集]

二酸化マンガン
酸素の生成実験での、装置の組み立て図。

実験で、酸素を作るには、 二酸化マンガン(にさんかマンガン) という物質と、 過酸化水素水(かさんか すいそすい) という水溶液から、つくれます。過酸化水素水とは、過酸化水素という物質が溶けた、水溶液です。過酸化水素水のことを オキシドール とも言います。

くわしい実験のしかたについては、教科書や市販の参考書などを、参照してください。

水上置換法で、酸素を集めます。

「ろうと」や三角フラスコと、開閉のできる「コック」などが必要です。 水上置換をするので、水槽も必要ですし、集気ビン(しゅうきビン)も必要です。

実験スタンドも必要です。文字だけで説明しても、わかりづらいと思うので、詳しくは、教科書や市販の参考書などを参照してください。

なお、反応で、はじめに出てきた気体にはフラスコ内の空気が混じっているので、はじめの気体は、すてます。

  • しょくばい

ちなみに、この過酸化水素水と二酸化マンガンの反応では、過酸化水素が分解されて、酸素が発生します。二酸化マンガンは、分解されませんし、二酸化マンガンは変化もしません。

二酸化マンガンをくわえないと、過酸化水素が、分解されにくいです。

二酸化マンガンは、反応の前後で、変化をしません。反応が終わっても、同じ二酸化マンガンのままです。

この二酸化マンガンのように、それ自信は変化をしないが、ほかの物質の化学変化を助ける物質を しょくばい(触媒) といいます。

二酸化マンガンは元素記号で MnO2 です。 マンガンという元素があります。

過酸化水素水は元素記号で H2O2 です。水分子のH2Oに酸素原子Oがもうひとつ多くついて、ふつうの水よりもよけいに酸化しているので、「過酸化」水素水と言うわけです。

二酸化炭素のつくりかた[編集]

化学実験における、二酸化炭素の合成実験での、装置の組立て図。
  • 作り方の一例
石灰石(せっかいせき)に、うすい塩酸(えんさん)をくわえると、二酸化炭素が作れる。石灰水のかわりに、貝殻(かいがら)や 卵の殻(から)、大理石(だいりせき)やチョークを用いても良い。石灰石は、炭酸カルシウム(たんさんカルシウム)という物質で出来ている。この炭酸カルシウムと塩酸が反応することで二酸化炭素が出来る。
石灰石 + うすい塩酸 → 二酸化炭素
  • その他の作り方
・炭酸水素ナトリウム( 重曹(じゅうそう) )を加熱する。炭酸水素ナトリウムの加熱分解(かねつ ぶんかい)で、二酸化炭素が出来る。
・ふくらし粉(ふくらしこ)(=ベーキングパウダー)を加熱する。主成分が重曹(じゅうそう)なので。


性質

・二酸化炭素は燃えない。炭素とはちがって、二酸化炭素は燃えない。 ほかの物を燃えやすくする「助燃性」(じょねんせい)も無い。酸素とはちがって、ほかの物を燃えやすくしない。 そのため、二酸化炭素の集まったビンに線香を入れると、すぐに線香の火は消える。
・二酸化炭素は空気より重い。二酸化炭素の密度は、空気の密度の約1.5倍。そのため、化学反応で発生させた二酸化炭素を集めるときは、下方置換法で集められる。
・二酸化炭素の水に溶ける量が小さいので、水上置換法で集めても良い。
・二酸化炭素は水に少し溶け、水溶液は 弱い酸性 である。二酸化炭素の溶けた水溶液のことを 炭酸水(たんさんすい) という。
そのため、炭酸水は青色リトマス試験紙を赤色に変える。
また、炭酸水に緑色のBTB溶液を加えると、BTB溶液を黄色く変わる。
・二酸化炭素を石灰水に通すと、石灰水が白くにごる。化学実験で発生した気体が二酸化炭素かどうかの確認方法に、この石灰水との反応が用いられることが多い。
石灰水の白い色は、炭酸カルシウムが発生したためである。もとの石灰水は水酸化カルシウムをふくんでおり、石灰水に二酸化炭素を通すと、この水酸化カルシウムが炭酸カルシウムに変化する。炭酸カルシウムは水には溶けず色が白いので、石灰水が白くにごる。


  • 関連事項など

二酸化炭素(にさんかたんそ、carbon dioxide、カーボン・ダイオキサイド)は、空気中に0.03%程含まれる気体であり、酸素原子に炭素原子が2つ結合した分子からなる気体である。二酸化炭素は我々に取って身近な気体である。我々は呼吸をする際、酸素を吸収して二酸化炭素を排出している。これは我々が食物からエネルギーを取り出すさいに酸素を消費すると同時に、二酸化炭素を排出することと対応している。一方、植物は光合成(こうごうせい、photosynthesis、フォウトー・シンセシース)によって二酸化炭素を吸収しつつ、酸素を排出する。これは呼吸と逆の反応である。

二酸化炭素は炭素と酸素が結合する(炭素が燃える)ことで生じる。我々の身の回りにある物の多くも炭素を含んでいる。例えばw:綿(めん、cotton、コットン)などの天然繊維(てんねんせんい、natural fiber)でできた衣類は炭素を含んでおり、それらが燃えるときには二酸化炭素が発生する。また、石油(petroleum、ペトロレウム)やガソリン(gasoline)も炭素を含んでおり、燃えるときには二酸化炭素を発する。

二酸化炭素は空気よりも重い気体であるので、二酸化炭素を集める時には集気びんを下に置く。(下方置換法 ) 二酸化炭素を水に溶かした溶液は、炭酸(たんさん、carbonic acid)と呼ばれ、弱い酸性の水溶液になる。


植物のからだのはたらき[編集]

植物がどのようにして養分を作っていき、水を取り入れていくかを学びます。

葉と日光[編集]

光合成は、主に植物の葉で、おこなわれる。
シロイヌナズナの気孔。(上)開いた気孔、(下)閉じた気孔

葉の裏側には、気孔(きこう)と言って、呼吸(こきゅう)の出来る場所があります。

植物は気孔から、二酸化炭素を取り入れています。 この二酸化炭素は、光合成に必要です。光合成とは、日光による光のエネルギーを利用して、 デンプン という栄養をつくることです。 植物の光合成に必要な物は、日光と、二酸化炭素と、水が必要です。 つまり植物がデンプンをつくるには、日光と、二酸化炭素と、水が必要です。


二酸化炭素 + 水 (+ 光)  →  デンプン + 酸素


光合成に必要な物の中に、水が入っていることを、おぼえてください。

水の分子の中には、水素原子と酸素原子が入っています。 じつはデンプンをつくる分子の中にも水素が入っています。 このデンプンの中の水素は、どこから来たかというと、植物が根から吸収した水から、光合成の時に、水素分子を作っているのです。だから、光合成には、かならず水が必要になります。


ヨウ素デンプン反応

デンプンは、 ヨウ素液(ヨウそ えき) という液体をつけると、青むらさき色に変色します。これを ヨウ素デンプン反応(ようそデンプンはんのう) と言います。

ヨウ素液とは、ヨウ化カリウムという分子が溶けた水溶液です。ヨウ化カリウムとは、ヨウ素という原子と、カリウムという原子がくっついて、ヨウ化カリウムという分子が出きます。ヨウ素の化学式は I です。アルファベットのアイIの大文字です。カリウムの元素記号はKです。アルファベットのケーKの大文字です。ヨウ化カリウムの化学式は KI です。

なお、ヨウ素液は、光にあたると、性質がかわってしまうので、光があたらないように、茶色いビンに、はいっています。

ヨウ素液は、食べてはいけません。飲むのも禁止です。ヨウ素液をつけたイモも、食べてはいけません。ヨウそ液をつけたイモは、実験が終わったら「燃えるゴミ」として、すててください。

この、ヨウ素デンプン反応は、ある物質が、デンプンなのか、それともデンプンではないのかを調べるのに、利用されます。


光合成の反応が行われる場所は、葉に多くある 葉緑体(ようりょくたい) という場所で、光合成が行われます。この葉緑体の色は、緑色です。だから、植物の葉は、緑色のものが多いのです。

そして、葉の大きさは、日光が当たりやすいように、広い形に、葉は、なっているのです。

また、光合成には、二酸化炭素が必要でしたが、その二酸化炭素は、葉にある気孔から取り入れられます。植物が、空気中の二酸化炭素を、気体のそのままの形で、必要とする場合は、光合成のときだけです。なので、葉から二酸化炭素を取り入れる仕組みは、光合成で必要な分を、取り入れられるので、過不足が無く、植物にとって都合が良いわけです。

植物の仕組みは、うまく出きてますね。

植物の葉の配置を、茎の上から見下ろすと、互い違い(たがいちがい)に、なっています。これは日光を、当たりやすくするためです。

植物は、葉でデンプンを作っています。これを確認するには、ヨウ素デンプン反応を利用します。じつは、エチルアルコールをあたためた液体で葉を煮ると、緑色が脱色できるので、脱色します。

※禁止事項 理科実験で用いるエチルアルコールを、飲んではいけません。
ビーカー。
試験管

なお、葉をエチルアルコールで煮る時は、まずビーカーに入れた水を、火で沸かして熱湯にして、その熱湯で、試験管(しけんかん)に入れたエチルアルコールを、60℃から70℃くらいにして熱します。エチルアルコールの沸点は、約80℃なので、これ以上あたためても、葉の脱色には、役立たちません。また、エチルアルコールを沸騰させる必要が、ありません。

※注意 この葉の脱色の実験の場合は、けっして、直接、火では、アルコールの入った試験管を、熱しては、いけません。引火や発火の危険があります。

また、試験管の中の液体を温めているときは、試験管の口を、のぞき込んではいけません。もし、試験管の中の液体が急に沸騰すると、熱湯などが吹き出す場合もあり、とてもキケンです。


エチルアルコールに葉緑体が溶けて、葉から、葉緑体が、ぬけます。エチルアルコールの液体は、葉緑体が混ざるので、緑色の液体になります。

なお、エチルアルコールのことをエタノールともいいます。

※注意 エチルアルコールとメチルアルコールとは、ちがう物質です。メチルアルコールには毒性があります。メチルアルコールは、アルコールランプなどで用いられます。けっして、まちがえてメチルアルコールで脱色しようとすることが無いように、注意してください。

アルコールランプを用いるときは、ランプ内にメチルアルコールがふくまれているので、注意してください。

※注意 ぜったいに、メチルアルコールを飲んではいけません。メチルアルコールを飲むと、最悪の場合、死にます。もし、まちがって、目や口の中にメチルアルコールが入った時には、実験を速やかに中断し、蛇口から出したばかりの水道水で、何回も、洗い流してください。
そのあと、すぐに担当の先生に連絡をして、処置(しょち)の方法を聞いてください。


葉の緑色を脱色してから、ヨウ素液を葉にたらすと、葉のヨウ素液のついた部分が青むらさき色に変色するので、葉にデンプンが存在することが、確認できます。

さて、じつは、デンプンの分子の中には、炭素や水素が、ふくまれています。この炭素は、どこからきたかというと、空気から取り入れた二酸化炭素から来たわけです。デンプンの分子内の水素は、水から来ています。


ちなみに、植物が光合成でデンプンをつくったときに、ついでに酸素も出きます。 植物にとって、酸素は、光合成でデンプンをつくったときに、ついでにできる副産物(ふくさんぶつ)なのです。


植物は、デンプンを、植物内にためますが、酸素はためません。光合成で出きた酸素は、はきだしてしまいます。 私たち、人間が、すっている酸素は、じつは植物が光合成で、はき出した、酸素です。

人間に限らず、動物が、すっている酸素は、植物が光合成で作った酸素です。


  • じつは、光合成では、糖をつくってる (※ じつは小学校の範囲。検定教科書で確認。)

植物は、光合成では、葉では、まず先に、糖(とう)をつくって、その糖をいくつもつなぎあわせて、糖を材料(ざいりょう)にしてデンプンをつくっているのです。

ヨウ素デンプン反応のデンプンの実験と、むすびつけやすいように、デンプンを先に説明しました。

さて、ひとことで「糖」(とう)と言っても、世界には、いろんな糖があります。砂糖、グラニュー糖(グラニューとう)、果糖、ショ糖(しょとう)、乳糖(にゅうとう)、ブドウ糖(ぶどうとう)などなど・・・・・・。


どの糖を、光合成でつくってるのかは、複雑だし、植物によっても、つくっている糖の種類がちがってるので、小学生では「光合成では糖をつくってる」とだけ覚えれば良いです。


デンプンは水には、溶けにくいです。植物が栄養を運ぶときは、水にとかして運んでいます。水に溶けていないと、運ぶことが出来ません。

いっぽう、糖は、水に溶けやすいです。

植物が、葉で作った糖分(とうぶん)の栄養を、植物の中で運ぶ時は、糖を水にとかして、その糖の水溶液を運んでいます。 

この糖が、種子や実に、運ばれていきます。

茎の中に、養分を運ぶための、 師管(しかん) という管(くだ)があって、その師管の中を、糖の溶液が、通っていきます。

師管が茎のどこらへんにあるかは、植物によって、ちがうのですが、多くの植物では、茎の外側の皮にちかい部分にあります。多くの植物では、茎の内側には、師管は無いです。 師管のあつまりを 師部(しぶ) と言います。


ジャガイモなどのように、地中にイモができる場合は、地中のイモにも糖が運ばれていき、地中で糖がデンプンに変えられていきます。

夜中のあいだに、イモに糖が送られていってます。

実験で確認する場合は、一日中、植物を日光に当てないでいると、翌日の朝ごろには、イモを切り取ってヨウ素液をつけてみても、ヨウ素デンプン反応がおきないことから、しらべられます。


  • 植物の呼吸

植物は、酸素をすって、二酸化炭素をはき出す 呼吸(こきゅう)も行っています。

植物の呼吸には、光は、つかいません。昼も夜も、一日中、植物は呼吸を行っています。

植物が呼吸ですいこむ気体と、はきだす気体は、光合成とは逆(ぎゃく)です。(光合成では、昼間のあいだ、二酸化炭素をすって、酸素をはきだしていました。)


植物が呼吸で吸い込む酸素の量よりも、植物が光合成で作り出す酸素の量のほうが多いので、植物は一日全体の合計では、酸素をつくる生物なのです。


水の通り道[編集]

茎の断面図:
1. 髄,
2. 原生木部,
3. 道管の集まり,
4. 師部,
5. 厚膜組織,
6. 皮層,
7. 表皮

また、多くの植物では、茎の内側には、根から吸い上げた水を通すための道管(どうかん)という、別の管があります。

師管も道管も、ともに、水が、通っています。

植物が、根から、地中の水を吸い上げるとき、水に溶けている養分も、いっしょに吸い上げられ、道管で運ばれていきます。

道管の集まりを木部(もくぶ)といいます。

道管の束(たば)と、師管の束をまとめて、 維管束(いかんそく) と言います。

セロリの茎の断面。維管束がくっきり、見える。セロリは双子葉植物。


双子葉植物では、道管や師管は、円周状に並んでいます。 双子葉植物とは、子葉が2枚の植物のことです。ホウセンカやアサガオやタンポポは双子葉植物です。

双子葉植物の道管と師管が、くっきりと、円周状に並ぶので、双子葉植物では、茎の内部に形成層(けいせいそう)という、円状の組織が出きます。形成層の内側に道管がある、つまり内側に木部があります。形成層の外側に師管がある、つまり外側に師部があります。

しかし、単子葉植物では、道管と師管は、円周状には、並んでいません。単子葉植物には、形成層が、出きません。

葉の、つくり[編集]

写真では、白いスジ状のものが葉脈。

葉にある 葉脈(ようみゃく) というスジ状の物は、じつは、水の通り道です。葉脈は、じつは、葉に有る師管や道管です。

葉は、気孔から水蒸気を出しています。この働きを 蒸散(じょうさん) と言います。「蒸発」(じょうはつ)ではなく、「蒸散」(じょうさん)です。なお、蒸発とは、液体の水が水蒸気になることです。

蒸散の存在をたしかめるには、葉にビニール袋をかぶせて、密閉すれば分かります。輪ゴムなどで、ふくろの口を閉じれば大丈夫です。


葉脈のつくりは、じつは、その植物の子葉(しよう)の数によって、葉脈の作りが、ちがうことが分かっています。 子葉とは、種から芽が出たあとに、最初にできる葉のことです。 子葉が1枚の植物を 単子葉植物(たんしよう しょくぶつ) と言います。 子葉が2枚の植物を 双子葉植物(そうしよう しょくぶつ) と言います。

単子葉植物については、トウモロコシやイネやネギやユリなどが、単子葉植物です。 双子葉植物については、アサガオやアブラナやホウセンカやヘチマなどが、双子葉植物です。

単子葉植物のことを単子葉類(たんしようるい)とも、言います。 双子葉植物のことを双子葉類(そうしようるい)とも、言います。

単子葉類の本葉の葉脈は、直線上の平行なスジに、なっています。

双子葉類の葉脈は、網状(あみじょう)になっています。

双子葉類の葉脈。

根の、つくり[編集]

※ 説明用の画像が見つからないので、代わりに学校教科書や、外部のサイト、参考書などの画像を、参考にしてください。

タンポポの根は、太い一本の 主根(しゅこん) という根から、枝分かれした小さな 側根(そっこん) が、枝分かれしています。

双子葉類の根は、主根と側根を持ちます。

イネやムギなど、単子葉類の根は、 ひげ根(ひげね) になります。

根は、土の中にある水を、吸収している。また、根は、水といっしょに、水に溶けた養分も、吸収している。


  • 根毛

根から生えている細かい毛は、 根毛(こんもう) という。

動物のからだ[編集]

動物の体のしくみについて学習します。

呼吸[編集]

Illu conducting passages日本語.jpg

私たち人間は、空気を吸っています。 空気をすって、空気中の酸素を体に取り入れて、二酸化炭素を、はき出しています。 このように、酸素をすって二酸化炭素を吐くことを 呼吸(こきゅう) と言います。

吐き出す空気には、二酸化炭素がふくまれていることを確認するには、石灰水に、ストローなどを使って息を吹き込めば、白くにごることから分かります。 もしくは、ふくろの中に石灰水を入れたふくろに、息を吹き込めば、石灰水が白く、にごります。

人間は、体内の肺(はい)という部分で、酸素を体内に吸収し、二酸化炭素を体外に出して、呼吸をしています。

肺(はい)。

肺は、左右に1個ずつ、あります。肺は、左右を合わせれば、2個あります。

空気は、のど や鼻から、肺へと向かって吸い込まれます。 のどや鼻を通って、 気管(きかん) を通り、気管の先が2本に分かれていて、この気管が2本に分かれている部分を 気管支(きかんし) といいます。

そして、気管支の先には、肺がついています。 この肺で、酸素が体の中に吸収され、二酸化炭素が排出(はいしゅつ)されます。肺の中で酸素と二酸化炭素の交換(こうかん)がおこなわれています。

鼻から、気管、気管支、肺までを 呼吸器(こきゅうき) と言います。以上にくわえて、横かくまく(おうかくまく、横隔膜)や、ろっ骨(ろっこつ、肋骨)を、呼吸器にふくめる場合もあります。 Respiratory system ja.svg

横かくまく(おうかくまく)が下がると、肺がふくらむので、肺に空気が吸い込まれます。横かくまくが上がると、肺が元に戻って、空気が吐出されます。

肺の中には、気管支が、より小さな細気管支に枝分かれしていて、その先に 肺胞(はいほう) という小さな ふくろ が、いくつも ついています。酸素の吸収と、二酸化炭素の排出は、この肺胞(はいほう)で行われています。肺胞で、酸素と二酸化炭素の交換(こうかん)が、おこなわれています。

肺胞の一つ一つのまわりには、 毛細血管(もうさいけっかん) という細かい血管(けっかん)がついています。なお、血管とは、血液をはこんでいる管です。

肺胞は、毛細血管に酸素を送っています。また、毛細血管から二酸化炭素を受け取っています。


(なお、口から食べ物が入った時に食べ物が通る管である 食道(しょくどう) と、気管とはべつの管である。)

人間や、ほかのほ乳類は、肺で呼吸をしています。肺で呼吸をすることを 肺呼吸(はいこきゅう) と言います。 人間の呼吸は、肺呼吸です。ほ乳類の呼吸は、肺呼吸です。

しかし、魚は、エラで呼吸をします。魚には、肺はありません。 魚は、口から水を吸い込み、その口の中の水をエラに通して、エラで水から酸素を取り込み、二酸化炭素を排出します。 なお、魚を、魚の外側から見た時に、目のうしろにあるヒレのようなものは、「えらぶた」という物であって、エラではない。エラは、えらぶたに下に、かくれている。 エラの内部には、毛細血管が、たくさん、あります。


クジラとイルカは、ほ乳類です。クジラとイルカは、海に住んでいますが、ほ乳類です。クジラもイルカも、肺で呼吸しています。クジラには、エラが、ありません。イルカには、エラが、ありません。

魚類だけでなく、イカもタコも、エラで呼吸しています。エビも、エラで呼吸しています。貝も、エラで呼吸しています。


鳥類と、は虫類(トカゲやヘビなど)は、肺呼吸です。カメは、は虫類なので、カメは肺呼吸です。

両生類(カエルなど)は、成体(せいたい)は肺呼吸ですが、成体になる前の子(たとえばオタマジャクシなど)は、エラ呼吸です。

食物の消化・吸収[編集]

栄養について

栄養には、多くの種類があるが、特に、以下にのべる 炭水化物・タンパク質・脂肪(たんすいかぶつ、タンパクしつ、しぼう) が、動物には、多く必要になる。 なので、炭水化物・タンパク質・脂肪の3つのことを 三大栄養素(さんだい えいようそ) などという。

  • 炭水化物(たんすいかぶつ)

デンプンや糖のことです。炭水化物は、米ゴハンや、パンや、イモなど、に多く、ふくまれています。 炭水化物は、体を動かす運動のエネルギー源(エネルギーげん)になったり、体温の元(もと)になリます。

  • タンパク質(タンパクしつ)

肉に多くふくまれてます。ダイズにも、多く、ふくまれてます。 タンパク質は、体を作るための材料です。

  • 脂肪(しぼう)

食用(しょくよう)の「あぶら」のこと。サラダ油とか、バターとかです。 脂肪は、体を動かす運動のエネルギー源(エネルギーげん)になったり、体温の元(もと)になリます。


なお、三大栄養素に、ビタミンと、無機質(むきしつ、・・・「ミネラル」とも言う)を加えた、合計5個の栄養素を、五大栄養素という。

栄養素で言うミネラルとは、具体的に言うと、カルシウムや鉄分や塩分などのことである。

ビタミンやミネラルは、毎日は取る必要がないが、長い間、まったく取らないと、病気になる。ビタミンやミネラルの摂取(せっしゅ)は、体の機能を助ける。

ビタミンが多くふくまれる食材としては、野菜や果物に、ビタミンが多くふくまれる。


消化

ヒトの消化器

あなたたち、人間は、口の中が、「つば」という液体で、しめっていますよね。 口の中から出る「つば」を、 だ液(だえき) といいます。

このだ液には、なんと、デンプンを、 ばくが糖(ばくがとう、麦芽糖) という糖に変える働きが、あるのです。

だ液が出てくる場所をだ液せん(だえきせん、唾液腺)と言います。

ど異物が、食べ物を、体に吸収しやすいように、体内で変えることを 消化(しょうか) と言います。

※注意 「消化」の2文字目は「化ける」(ばける)の「化」(か、ばけ)です。火を消すほうの「しょうか」は「消火」(二文字目が火)ですので、まちがえないでください。


だ液によって、デンプンが麦芽糖に変わることも、消化にふくまれます。 また、消化をすることができる液体を 消化液(しょうかえき) と言います。だ液も消化液です。 だ液の中には、 アミラーゼ という物質があって、このアミラーゼがデンプンを麦芽糖に消化していることが分かっています。またアミラーゼのように、消化液にふくまれている、消化を行っている物質を 消化こう素(しょうかこうそ) といいます。

食べ物は、口から食道(しょくどう)を通って、つぎに胃(い)に降りてきて、胃で消化液(しょうかえき)によって細かく分解(ぶんかい)され、つぎに腸(ちょう)で栄養(えいよう)を吸収され、さいごに肛門(こうもん)で糞(「ふん」。ウンチのこと。大便とも、言う。)として排出されます。

食べ物が通るこれらの管を、 消化管(しょうかかん) と言います これら、消化に関わる身体の各部を 消化器(しょうかき) と言います。

  • 胃(い)

胃(い)では、食べ物のタンパク質を、 胃液(いえき) によって、消化する。タンパク質を消化し、タンパク質から ペプトン という物質へと、分解します。また、食べ物に胃液が混ざります 胃液の中にふくまれるペプシンという物質が、タンパク質を消化をしています。ペプシンも消化こう素です。ペプシンとアミラーゼは、べつべつの物質です。


画像説明 1.食道。 2.胃。 3.十二指腸。 4.小腸。 5.盲腸。 6.虫垂。 7.大腸。 8.直腸。 9.肛門。
  • 小腸(しょうちょう)

食べ物は、胃の次には、小腸に、行きます。 小腸では、栄養が吸収されます。また、小腸でも、食べ物の消化は行われます。なお、小腸の中の消化液は、ほかの臓器から出ています。 小腸は、絨毛というすごく小さなヒダで面積を大きくして、消化効率を上げています。

胃から小腸へつながる、小腸の最初の部分は 十二指腸(じゅうに しちょう) と言います。 そして 肝臓(かんぞう) から出る たん汁(たんじゅう、胆汁) と、 すい臓(すいぞう、膵臓) から出るすい液が、小腸の消化液です。たん液とすい液とが、十二指腸に流れこんで、食べ物とまざり、消化液の混ざった食べ物が、小腸の中を進みます。

すい液

すい液には、多くの消化こう素が、まざっています。列記すると、アミラーゼと、トリプシンと、リパーゼと、ヌクレアーゼです。 アミラーゼは、デンプンを麦芽糖まで分解する酵素です。トリプシンは、ペプトンを分解します。リパーゼは、脂肪を、脂肪酸とグリセリンに分解します。 ヌクレアーゼは、まだ、おぼえなくていいです。

たん汁

たん汁には、消化酵素は、ふくまれていません。たん汁は、脂肪を水と混ざりやすくさせます。胆汁によって、脂肪が水と混ざることで、脂肪はリパーゼなどで消化をされやすくなります。


柔毛(じゅうもう)
小腸と柔毛
※ 適した画像が無いので、教科書や外部サイトなどで、画像をお探しください。

小腸の内壁には、おおくのヒダがあり、さらにヒダには 柔毛(じゅうもう) という、小さな突起(とっき)が、いくつもある。 柔毛は、 柔突起(じゅうとっき) とも言う。養分は、この柔毛から、吸収される。柔毛の中には、毛細血管(もうさいけっかん)と リンパ管(リンパかん) があり、養分は、これらの管によって、運ばれる。


膜消化(まくしょうか)

また、小腸の膜にも消化酵素があるので、それによっても、消化が行われます。この小腸の膜による消化を、膜消化(まくしょうか)と言います。 なお、消化酵素は、マルターゼや、スクラーゼやラクターゼなどです。

消化器では、最終的には、炭水化物は ブドウ糖(ブドウとう) まで分解されます。タンパク質は アミノ酸(アミノさん) まで分解されます。脂肪の消化は、 脂肪酸(しぼうさん) と グリセリン まで、分解されます。


  • 大腸(だいちょう)

大腸では、消化は行われません。大腸は、食物の、水分を吸収します。大腸では、栄養は、吸収されません。

血液のはたらき[編集]

血管[編集]

ヒトの、主な血管
  • 動脈

心臓から出て行く血液が運ばれている血管を、動脈(どうみゃく)と言う。動脈は、壁(かべ)が厚い(あつい)。

  • 静脈
静脈弁。血液の逆流を防ぐ

心臓に戻っていく血液が運ばれている血管を、 静脈(じょうみゃく) と言う。 静脈の中には、血液が逆流しないための弁(べん)が、ある。

  • 毛細血管

とても細かく枝分かれをしていて、血管の壁もうすい毛細血管(もうさいけっかん)という血管が、体のいろんな場所にある。毛細血管では、栄養のやりとりや、酸素や二酸化炭素のやりとりをしている。

心臓[編集]

図1.ヒトの心臓(しんぞう)。
血液の流れは、白い矢印で、かかれている。

ヒトの心臓は、筋肉で、出来ている。なお、心臓の筋肉を 心筋(しんきん) という。

心臓は、ふくらんだり、ちぢんだりを、たえまなく、くりかえしていて、血液を動かしている。心筋(しんきん)は、動かそうとか止めようと思っても、私たちの考えでは動きを変えることはできません。私たちが何を考えようが、私たちが生きているかぎり、心筋が働いており、心臓が動きつづけています。私たちが、ねている間も、心筋は働きつづけて、心臓は動いています。

心臓のつくりは、4つの大きな部屋に分かれている。 右心室(うしんしつ) 、 右心房(うしんぼう) 、 左心室(さしんしつ) 、 左心房(さしんぼう) という、4つの部屋に分かれている。

なお、心臓で言う「左」とか「右」の向きは、その心臓を持っている側の人間から見た場合の、向きである。

だから、図1.を見ている者から見た場合では、見ているあなたの左側に、右心室や右心房が来る。見ているあなたの右側に、左心室や左心房が来る。

  • 左心房

肺から送られた血液は 肺静脈(はいじょうみゃく) を通って、左心房(さしんぼう)まで、たどりつく。

  • 左心室

左心室(さしんしつ)から 大動脈(だいどうみゃく) へと血液を送り、大動脈から全身へと血液が送られる。


心房と心室について

心房と心室は、交互(こうご)に、ちぢむ。心房がちぢんでいる時は、心室は、ちぢまない。いっぽう心室がちぢんでいる時は、心房は、ちぢまない。

  • 右心房

全身の血液が、 大静脈(だいじょうみゃく) を通って、心臓の右心房(うしんぼう)へと血液が戻って来る。

  • 右心室

右心房へともどってきた血液は、右心房から右心室へと送られる。そして右心室から、肺動脈(はいどうみゃく)へ送られる。肺動脈を通って肺へ血液が送られている。

肺と血液との関係[編集]

血液中の酸素は、どこから供給されているのかというと、肺で、血液は酸素を受け取っています。なので、肺から出てきたばかりの血液は、酸素が多いのです。 逆に、肺へ、これから送られる血液は、酸素が少なく、二酸化炭素が多いです。

肺へ送られる血液の通る血管は、心臓の右心室(うしんしつ)からの肺動脈(はいどうみゃく)です。つまり、肺動脈は、酸素が少ないです。肺から出てきたばかりの血液が通る血管は、肺静脈(はいじょうみゃく)です。肺静脈の血液は、これから左心房(さしんぼう)に流れ込みます。

  • 発展 ヘモグロビンと鉄と酸素
赤血球

血液中にある赤血球(せっけっきゅう)にふくまれる ヘモグロビン という物質が、酸素と結びつきやすく、このへモグロビンが酸素を運ぶ役目をしています。ヘモグロビンには、鉄(てつ)が、ふくまれており、このヘモグロビン中の鉄が、酸素を運ぶための重要な役割をしています。

学校給食など食事で、鉄分(てつぶん)の栄養をふくんだレバーやホウレンソウなどの献立(こんだて)うが、ときどき食品に出される理由のひとつは、鉄分は血液に欠かせない重要な物質だからです。人間など多くの動物の血液が赤い色な理由は、このヘモグロビンの色が赤いからです。 また、イカなどはヘモグロリンではない物質があるので青色です

そのほかの内蔵[編集]

かん臓[編集]
  • グリコーゲンの貯蔵(ちょぞう)

肝臓(かんぞう、肝臓)は、小腸で吸収したブドウ糖を グリコーゲン という炭水化物に、かえる。 グリコーゲンになることで、体内で保存がしやすくなる。体のエネルギーが不足する時は、このグリコーゲンが糖に分解され、体の各部におくられて、エネルギー源になる。

  • アンモニアの処理(処理)

タンパク質やアミノ酸が分解されると、そのままではアンモニアという有毒な物質ができてしまう。ほ乳類では、このアンモニアを、肝臓で、毒性のひくい にょう素 (にょうそ、尿素)という物質に変える。尿素は、水に溶ける。なお、最終的に、尿素は、尿(「にょう」・・・オシッコのこと。)とともに、体外へ排出される。尿については、肝臓の他にも、腎臓(じんぞう)が関わる。

  • 有毒な物質の分解

血液に入った有毒な物質を分解する。

  • 胆汁(たんじゅう)を作る

消化液の 胆汁 (たんじゅう) は、肝臓で作られている。胆汁は、胆のう (たんのう) へ送られ、胆のうから十二指腸へと送られている。胆のうは、肝臓とは別の臓器である。

すい臓[編集]

消化の節で、説明してある。

じん臓[編集]
ひにょう器系。
KIDNEY(キドニー)が腎臓(じんぞう)のこと。
BLADDER(ブラッダー)が ぼうこう のこと。

じん臓(じんぞう、腎臓)の位置は、体内の背中側の、横隔膜(おうかくまく)の下の、腰(こし)のあたりにある。 じん臓は、血液から、不要な物を、こしとって、血液をきれいにする働きをしている。 尿素も、じん臓で、こしとられる。 こしとられた尿素や不要物は、余分な水分といっしょに、 ぼうこう (膀胱) へと、送られる。このようにして、ぼうこうで、 にょう (尿) が、たまる。

ちなみに、腎臓でこしとられてつくられる尿の量は、最終的には、1日で1リットルくらいの尿として排出する。じん臓では、いったん、1日あたり、なんと160リットル近くも、尿を作る。だが、べつに、この水量のほとんどは排出されず(もし、そんなに多くの水分を体外へ排出したら、死んでしまう)、尿の中にある水分や、ブドウ糖やミネラルなどの栄養を再吸収して、あらためて不要なものだけを排出するので、最終的に、体外へは1日あたり1リットルくらいの尿として排出する。

なお、腎臓でいったん作られる、160リットル近い尿のことを、 原尿(げんにょう) と言う。

発展:血液の成分[編集]

ヒトの血液には、赤血球(せっけきゅう、英: Red blood cell)、白血球(はっけっきゅう、英: White blood cell)、血小板(けっしょうばん、英:Platelet)などの固形成分と、血しょう(けっしょう、血漿)という透明な液体の成分がある。

左から赤血球、血小板、白血球
  • 赤血球
赤血球

中央のくぼんだ円盤状の1個の細胞。この赤血球が、肺から酸素をもらって、全身に酸素を運んでいる。

  • 白血球(はっけっきゅう)

1個の細胞であり、体外から侵入した異物や病原体を取りこみ、これらを分解することで、体を守る。 このように、病気から体を守る仕組みを免疫(めんえき、immunity)という。(※ 中学の保健体育の範囲内) 白血球は、この免疫に、ふかく関わっている。

  • 血小板(けっしょうばん)

血管がやぶれたときに、血液をかためることで、出血をふせぐ仕組みに関係している。


  • 血しょう(けっしょう、血漿、blood plasma)

約90%は水だが、血しょう(けっしょう)に、ブドウ糖やアミノ酸などの栄養分が溶けており、血液の流れによって、これらの栄養が全身に運ばれる。また、尿素(にょうそ)などの不要物も血しょうに溶けている。

「血糖値」(けっとうち)とか「血糖量」(けっとうりょう)とは、この血液中に溶けているブドウ糖の濃度のことである。

呼吸で生じる二酸化炭素は、血しょう に ふくまれて、運ばれる。

生物と環境[編集]

自然の環境と生物の生活とのつながりについて学習します。

食物連鎖[編集]

陸上と海中での食物連鎖のイメージ。
(しょくもつ れんさ)

ニワトリは、コン虫などの小さな虫を食べます。そのニワトリの卵や肉を、私たち人間は、食べます。ニワトリに食べられるような小さな昆虫は、草などの植物を食べています。

草 → コン虫 → ニワトリ → 人間

ウシは牧草を食べますが、そのウシの肉を、私たち人間は食べます。あるいは、ウシの牛乳を、私たち人間は、飲みます。

牧草 → ウシ → 人間

このように、私たちが食べる動物も、また別の動物や植物などを食べてきています。


人間の食べ物のほかの生き物にも、食べたり、食べられたりは、あります。

バッタを、カエルは食べます。そのカエルを、ヘビが食べます。そのヘビをワシなどの大型の 肉食動物が、食べます。 バッタなどの小さな昆虫は、草などの植物を食べています。

草 → バッタ → カエル → ヘビ → ワシ

ヘビを食べる生き物は、ワシのほかにもいて、イタチなどもヘビを食べます。

カマキリも、バッタを食べます。

このように、すべての生き物は、食べる・食べられる の関係をとおして、つながっています。

このような、食べる・食べられる の関係のつながりのことを、食物連鎖(しょくもつ れんさ)といいます。


そして、植物連鎖のはじめに食べられる生き物は、かならず、草や木などの植物(しょくぶつ)です。


だから、どんな動物も、植物がないと、食べ物がなくなってしまいます。

もし、ある地域で、草がなくなると、草を食べ物にするコン虫もいなくなります。コン虫がいないと、ニワトリの食べ物がなくなってしまいます。ニワトリがいないと、私たち人間は、ニワトリのタマゴを食べられません。

生物量ピラミッド。このピラミッドは例の一つである。書籍によって、段数は変わる。


このような食物連鎖の考えをした場合、植物のことを「生産者」(せいさんしゃ)といいます。

いっぽう、植物以外の、すべての動物を、食物連鎖の考えでは「消費者」(しょうひしゃ)といいます。


草を、おもな食べ物にしている動物を草食動物(そうしょくどうぶつ)といいます。バッタは、草食動物です。牧草をたべるウシやウマは、草食動物です。


動物を食べ物にしている動物を、肉食動物(にくしょくどうぶつ)といいます。カマキリは、肉食動物です。ネコやライオンも、肉食動物です。


水の中でも、食物連鎖は、あります。


川では、ミジンコを、メダカなどの小さい魚が食べます。そのメダカを、もっと大きい魚が食べます。ミジンコは動物です。ミジンコは、川の中にうかんでいる、とっても小さい植物を、たべています。私たち人間の目には見えませんが、そういう小さな植物を、ミジンコが食べています。

川の中でも、食物連鎖で、さいしょに食べられる生き物は、植物なのです。

とても小さな植物 → ミジンコ → メダカ → おおきな魚
  • 発展: プランクトンと食物連鎖

水中や水面をただよっている、とても小さな生物をプランクトンという。

(※ プランクトンは、小学校社会科で、湖沼の環境問題などと関連して習う。小学校理科ではプランクトンは、通常は範囲外。)

プランクトンにも、動物と植物とがある。ミジンコや草履虫は、動物性プランクトンである。ケイソウやアオミドロは植物性プランクトンである。

ミジンコやゾウリムシなどの動物性プランクトンは、ケイソウやアオミドロなどの植物性プランクトンを食べる。 このように、動物性プランクトンは、エサとして、植物性プランクトンを食べている。

食物連鎖は、プランクトンをふくめて、つぎのように畫ける。

植物プランクトン(ケイソウなど) → 動物プランクトン(ミジンコなど) → 小型の魚(メダカなど) → 中型の魚 →大型の魚など


ヒトと自然[編集]

ヒトと自然のつながりについて学習しましょう。

人の暮らしと環境[編集]

水溶液[編集]

水よう液とは、水に何かが溶けているもののことです。透明になっていないものは、水よう液ではありません。色がついている水よう液もあります。

小学5年が終わるまでには、水溶液の、基礎的なことは、教わっているはずです。

※ 注意(ちゅうい)
これから習う、酸(さん)とアルカリは、使い方をまちがえると、とてもキケンです。
なので、もしも読者の学年が、まだ6年生でない5年生や、4年以下の学年の読者が、本書を読んでいたら、まずは、小学5年までの理科の内容を、キチンと理解してください。
また、酸とアルカリの実験については、本書を参考にしての、実験は、しないでください
実験は、学校の理科の授業で、学校の先生の指示にしたがって、実験をしてください。


酸とアルカリ[編集]

リトマス紙
酸(さん)

酢酸(さくさん)の水溶液は、つぎのような性質を示す。

  • リトマス紙(リトマスし)という紙の「青色リトマス紙」(あおいろリトマスし)を、赤色に変える。
  • 「BTB液」(ビーティービーえき)という溶液を加えると、赤色になる。

このような性質を、酸性 (さんせい)という。また、酸性を示す物質を、 (さん)という。

リトマス紙の酸性の反応を覚えるには、「おかあさん」と、覚えます。「おかあさん」の「お」は、「あお」の「お」です。「おかあさん」の「か」は、「あか」の「か」です。「おかあさん」の「さん」は、「さん」(酸)の「さん」です。

酸(さん)には、酢酸のほかにも、塩酸(えんさん) HCl や硫酸(りゅうさん) H2SO4 などの強い酸もある。本節では、安全のため、あまり強くない酢酸について、教えます。

塩酸や硫酸は、とても酸の性質が強くて、そのため、とてもあぶないです。けっして、塩酸や硫酸を、かってに使ってはいけません。


主な酸

おもな酸には、塩酸(えんさん)、酢酸(さくさん)、炭酸(たんさん)、硫酸(りゅうさん)などがある。ミカンなどの柑橘類に含まれるクエン酸や、食用油などに含まれるオレイン酸も酸である。



塩酸や硫酸などの強い酸は、危険(きけん)であり、取り扱いには注意を要する。皮膚などにつかないように注意する。 もし、実験の失敗などで、これらの酸の濃い酸が体にかかったり、大量の酸がかかったら、実験を中断し、すぐに大量の純水で洗い、先生や大人に相談すること。

注意するのは、酸の液体だけでなく、酸の液体から発する蒸気なども、注意すること。蒸気を、かぎすぎないようにすること。また、目に入らないようにすること。

アルカリ

水酸化カルシウム水溶液(石灰水のことです)は、つぎのような性質を示す。

  • 赤色リトマス紙の色を、青色に変える。
  • BTB液を加えると青色になる。
  • 水溶液に「フェノールフタレイン溶液」を加えると、赤色に変わる。

このような性質を アルカリ性 または 塩基性(えんきせい) とよぶ。また、水溶液がアルカリ性を示す物質のことを アルカリ という。

アルカリの中にはタンパク質や脂肪などを溶かすものもあり、皮膚(ひふ)などを溶かし、強いアルカリや濃いアルカリの中には危険な物もある。取り扱いには注意すること。皮膚などにアルカリをつけないようにする。もしアルカリが目に入った場合は、すぐに大量の純水で洗い流し、先生や大人に連絡をして、必要(ひつよう)におうじて保険医などに診察してもらうこと。

注意するのは、アルカリの液体だけでなく、アルカリの液体から発する蒸気なども、注意すること。蒸気を、かぎすぎないようにすること。また、目に入らないようにすること。


リトマス紙のアルカリ性の反応を覚えるには、「顔(かお)が、ある」と、覚えます。「かおが、ある」の「か」は、「あか」の「か」です。「かおが、ある」の「お」は、「あお」の「お」です。「かおが、ある」の「ある」は、「アルカリ」の「アル」です。

中性(ちゅうせい)

酸性でもなく、アルカリ性でもない性質を 中性(ちゅうせい) という。純水は、中性です。 水溶液が中性をしめす物質は多くあるが、例を上げると、食塩水や砂糖水は中性です。リトマス紙に中性の水溶液をつけても、色は変わりません。

中和(ちゅうわ)

酸性とアルカリ性は互いに反対の性質であり、両者を混ぜた水溶液を作ると、その水溶液は中性に近づく。この中性に近づく反応のことを、 中和(ちゅうわ) と呼びます。酸とアルカリが中和した際には、水が生じる。

何が溶けているのか[編集]

酸(さん)
  • 塩酸(えんさん)

塩酸とは、 塩化水素(えんかすいそ) という気体が溶けた水溶液である。塩素の化学式はCl「シーエル」であり、水素の化学式はH「エイチ」なので、塩化水素の化学式は HCl である。Clのシーは大文字に、エルは小文字にすること。

塩酸の化学式も HCl である。

塩酸は、無色透明の水溶液である。強い酸性を示す。塩酸は、強酸(きょうさん)である。

においは、刺激臭が有る。この刺激臭は塩化水素の蒸気のにおいである。

(※ 注意:塩酸のにおいをかぐ時は、けっして直接はかがずに、塩酸の蒸気を手であおいだり鼻に風を送ったりして、間接的に、においをかぐ。)


  • 酢酸(さくさん)

食用の酢酸水である食酢(しょくさく)には、酢酸が3%〜5%ほど含まれている。弱酸(じゃくさん)です。 刺激臭(しげきしゅう)が有る。

酢酸に、たまごのカラをつけ、2日か3日の数日間、おいておくと、カラが溶けます。貝がらで実験しても、同様に溶けます。 これは、たまごにふくまれる 炭酸カルシウム が、酢酸と反応して酢酸カルシウムという物質になり、この酢酸カルシウムは水に溶けるのです。 たまごや貝がらに、酢酸をそそぐと、気泡(きほう)が、たくさん発生しますが、この気泡は二酸化炭素の泡(あわ)です。


濃い酢酸は、冬の日など、寒くなると、こおります。こおった酢酸を 氷酢酸(ひょうさくさん) といいます。

酢酸の化学式は CH3COOH です。C2H4O2とは書かずに、 CH3COOH とかきます。 CH3COOH のように書くほうが、分子の構造が分かりやすいからです。くわしくは、高校の化学で、ならいます。


  • 炭酸(たんさん)

二酸化炭素の水溶液です。 化学式は H2CO3 です。弱酸(じゃくさん)です。

二酸化炭素の水溶液を、あたためると、溶けている二酸化炭素が、水溶液から、にげていきます。水溶液に溶けている気体は、水溶液の温度が高くなるほど、溶ける量がへります。

たとえば、開封したばかりの炭酸水の入ったビンを、お湯につけた場合と、冷水につけた場合とで比べて実験すると、お湯に付けたがわのビンのほうが、炭酸水の二酸化炭素が、すぐに無くなります。


雨は、すこしだけ酸性です。空気中の二酸化炭素が、雨に溶けているから、雨は少しだけ酸性なのです。

「酸性雨」(さんせいう)というのは、二酸化炭素のほかにも、排気ガスなどが大量に、雨に溶けて、もっとつよい酸性になった雨のことをいいます。

酸性雨によって、森林などが害(がい)を受けたりするので、環境破壊(かんきょうはかい)として、社会的な問題になっています。


アルカリ
  • 水酸化カルシウム

消石灰のことである。

白色の固体である。
水には溶けにくいものの、溶ける。水酸化カルシウムの水溶液を 石灰水(せっかいすい) という。
石灰水に二酸化炭素を吹き込むと、白い沈殿物が生じる。この現象はよく、気体の種類が二酸化炭素であるかどうかを調べる手法に利用されます。

水酸化カルシウムの化学式は Ca(OH)2 である。カルシウム原子 Ca に、水酸基「すいさんき」の (OH) が2個、ついた形である。

  • 水酸化ナトリウム

水酸化ナトリウムは、強いアルカリ性を示す。なので、取り扱いには気をつけること。強アルカリ(きょうアルカリ)である。

白色で半透明の固体である。
空気中に放置しておくと、空気中の水分を吸収し溶ける。この現象をちょう解(ちょうかい、潮解)という。
アルミニウムを溶かす性質が有る。
強いアルカリ性のため、タンパク質や脂肪などを溶かす。


水酸化ナトリウムの水溶液をつくるときは、水に、すこしずつ水酸化ナトリウムをくわえていって、つくります。

※ 禁止 けっして、一度に大量にまぜないでください。
※ 禁止 また、多くの水酸化ナトリウムに、水を少しづつかけて作るのも危険なので、やめてください。
※ 禁止 水酸化ナトリウムには、けっして、手でふれないでください。

実験をするため、容器から取り出すときは、さじを使ってください。

学校での実験のさい、目を守るための安全メガネが実験室などに、あるはずなので、安全メガネをつけましょう。学校の教科書にも、安全メガネの付けかたが書いてあります。


水酸化ナトリウムの化学式は NaOH である。 水酸化とは、水素Hと酸素Oがついた水酸基(すいさんき)のOHが、ほかの原子につくことであり、ナトリウム Na についているので、水酸化ナトリウムの化学式は NaOH になる。


  • アンモニア

アンモニアの水溶液を、 アンモニア水(アンモニアすい) という。

刺激臭(しげきしゅう)が有る。

アンモニアの化学式は NH3 です。ちっそ原子Nに、水素原子Hが3つ、ついています。


酸の強さと、アルカリの強さ[編集]

水溶液の酸性やアルカリ性の強さを表す値を pH(ピーエイチ、もしくはペーハー) と呼ぶ。pHがpH=7のとき溶液は中性であり、pHが小さくなるほど溶液は酸性に近づく。一般に、pH=0で最も強い酸性である。またpHが大きくなるほど、溶液はアルカリ性に近づく。一般に、pH=14が最も強いアルカリ性である。pHは普通、0から14の範囲内である。

「ペーハー」という読みかたは、ドイツ語での読みかたです。ピーエイチという読みかたは、英語での読みかたです。


pH指示薬(ペーハーしじやく、ピーエイチしじやく)
※ つよい酸やアルカリの実験は、きけんです。家庭では、実験はしないでください。この節の内容は、知識として知っていれば、じゅうぶんです。酸とアルカリの実験は、おそらく6年の理科で習うと思います。
BTB溶液。
左の黄色いのが酸性でのBTB溶液。
まんなかの緑ぽいのが中性。
右の青いのがアルカリ性でのBTB溶液。

物質の中には、水溶液に接触させた時に、水溶液のpHの値によって色が変化するものがある。このような物質はpHを調べるのに用いることができるので、これらの物質のうちpHを調べる物質として実用化されている物質を pH指示薬(ペーハーしじやく、ピーエイチしじやく) という。あるいは 指示薬(しじやく) と言う。


いわゆるリトマス試験紙(リトマスしけんし)も、pH指示薬に、ふくまれる。またリトマス試験紙のように、pH指示薬を試験用の紙に染み込ませて(しみこませて)、用いる事が多い。このようなpH指示薬を染み込ませてある紙を pH試験紙(ペーハーしけんし) という。

リトマス紙やBTB溶液(ブロモチモールブルー溶液)やフェノールフタレイン溶液は、pH指示薬(ペーハーしじやく、ピーエイチしじやく)です。pH指示薬には、他にもメチルオレンジなどがあります。

ムラサキキャベツの葉からとった汁(しる)も、PHによって色が変わるので、指示薬になります。これはムラサキキャベツの葉にふくまれるアントシアニンがPHによって色が変わり指示薬となるからです。


pH指示薬は、その物質によって、色を変えるpHの範囲が限られている。たとえば、メチルオレンジはpH=3.1以下では赤色で、そこからpHが高くなると黄色味を増していき、pH=4.4ではオレンジ色である。pH=4.4より高いpHではオレンジ色のままで、ほとんど色が同じなので、このpHの範囲では指示薬として用いられない。 なお、このように指示薬の色が変わるpHの範囲を 変色域(へんしょくいき) と言う。


ムラサキキャベツの葉からとった汁(しる)も、PHによって色が変わるので、指示薬になるのであった。

実験のしかたは、まずムラサキキャベツの葉を、きざみます。包丁かハサミで切ります。包丁をつかうときは、ケガをしないように注意してください。


そして、こまかくした葉を煮ます(にます)。ムラサキキャベツの煮汁(にじる)はムラサキ色です。 ムラサキキャベツの汁は、酸性で赤くなります。お酢などを、ムラサキキャベツの煮汁にたらすと、赤色または赤ムラサキ色のような色になります。レモン汁やリンゴ汁などでも、赤くなります。

アルカリ性では、緑色になります。石灰水をたらすと、緑色になります。重曹(じゅうそう)をたらしても緑色になります。

アントシアニンがふくまれてる植物は、ほかにも、あります。ブドウの皮や、ナスの皮などです。なので、ブドウやナスの紫色の汁でも、指示薬になります。指示薬をつくるときは、汁の色がこすぎると、変化が分かりづらいので、用量などは、外部の教材を参考にしてください。 アサガオの花にもアントシアニンがふくまれているので、アサガオの花からも指示薬を作れます。

天然の植物からつくった煮汁の場合、放置しておくと、変色してくるので、なるべく実験する日に、指示薬をつくります。

金属を溶かす[編集]

  • 酸に溶かした場合

塩酸は、いくつかの金属を、溶かします。

鉄と、亜鉛(あえん)と、アルミニウムを、塩酸は、溶かします。

まず、鉄を溶かした場合について説明します。

鉄に、スチールウール(鉄)を入れると、スチールウールが溶け、水素(すいそ)の気体が、泡として、発生します。 スチールウールを溶かした時に出る泡は、水素です。水素なので、その発生した泡に、線香などで火を近づけると、燃えます。

溶けた鉄は、見えなくなってしまいます。

鉄を溶かした後の塩酸を、蒸発皿にとって、蒸発させると、黄色っぽい粉が、のこります。

この黄色い粉を、塩酸にとかしても、この粉は溶けません。

なので、この黄色い粉は、鉄とは 別(べつ)の 物質です。

この粉は、 塩化鉄(えんかてつ) という物質です。

けっきょく、塩酸に鉄をとかすと、最終的に、水素と塩化鉄が、できます。

まとめて書くと、

 塩酸 + 鉄 → 水素 + 塩化鉄

です。 発生した水素は、どこから来たのかというと、塩酸から来ています。塩酸は、塩化水素の水溶液です。 また塩化鉄とは、塩素が化合した鉄という意味です。塩化鉄の塩素は、塩酸の塩素から来ています。

アルミニウムや亜鉛を、塩酸にとかした場合の反応を、まとめます。

 塩酸 + 亜鉛 → 水素 + 塩化亜鉛
 塩酸 + アルミニウム → 水素 + 塩化アルミニウム

亜鉛の反応でも、塩化亜鉛の塩素は塩酸から来ていますし、ともに発生した水素は、塩化水素から来ています。 アルミニウムでも同様です。


塩酸に溶けない金属もあります。銅(どう)は、塩酸には、溶けません。


  • アルカリに溶かした場合

水酸化ナトリウムには、アルミニウムが溶けます。鉄は溶けません。亜鉛や銅も、水酸化ナトリウムには溶けません。

試験管に入れた水酸化ナトリウムの水溶液に、アルミニウム箔(はく)を入れると、アルミニウムは溶けていきます。 同じように、別の試験管の水酸化ナトリウムに鉄を入れても、なにも溶けません。さらに、別の試験管に、亜鉛を入れても、水酸化ナトリウムには溶けません。

アルミニウム箔を溶かすと、泡が出ます。これは水素(すいそ)の泡です。水素なので、線香などで火をつけると、燃えます。 もし水素の実験をするときは、一人で実験するのはキケンなので、なるべく学校の先生などの指導のもとで、おこないください。

アルミニウム箔が溶けた水溶液を、蒸発皿に取って、蒸発させると、灰色っぽい粉がのこります。

この粉は、水酸化ナトリウムには、溶けません。なので、別の物質だということが、分かります。

なお、この粉の物質は、アルミン酸ナトリウムという物質です。(このアルミン酸ナトリウムについては、小学校では、おぼえなくて良いです。高校生で学ぶと思います。) いっぱんに、酸は、金属を溶かしやすい物が多いです。いっぽう、アルカリは、例外をのぞけば、ふつうはアルカリは金属を溶かしません。

  • 王水(おうすい)

金メダルや金貨などの材料である金(きん)は、塩酸には溶けません。金は硫酸でも溶けませんし、硝酸でも溶けません。

金は、王水(おうすい)に、溶けます。王水とは、こい塩酸と、こい硝酸を、まぜた水溶液です。

大地と地層[編集]

アルゼンチンのサルタ州で。 サンカルロスに見られる地層

山の斜面などを切りくずすと、小石や砂、ねんどなどが、層(そう)になっていることがあります。このような地中から出てきた層を 地層(ちそう) とよびます。

地層のできかた[編集]

地層は、川の流れによってできる。その地層は、いまでこそ、地上にあるが、大昔は、海などの底にあったのである。地層は、川の流れなど、水の流れによって、土砂がつもって出来たのである。

じっさいに、地層の中にある石を見ると、丸みをおびている石が多い。また、魚の骨や、貝のカラなどが見つかる場合もある。

これらのことから、地層が出来上がるには、水の流れが、関わっていることが、予想できるだろう。


では、水の中で、土砂(どしゃ)は、どのように積もっていくのだろうか。これは、実験すれば、答えは分かる。 実験した結果は、石や砂や粘土を混ぜたものを、とうめいなコップに入れた止まった水の中に入れると、まず、いちばん下に石が積もる。石の上に砂が積もる。さらに、その砂の上に粘土が積もる。


土砂が海中に流される場合は、陸側の近くの海中に、まず石が多く積もる。少し離れた場所に砂が多く積もる。粘土は、いちばん遠くまで、流されて積もることが知られている。

また、海中の土砂は、より古くに積もった土砂ほど、下に来る。なので、ふつうは、古い地層ほど、下に来る。


プレート

では、もともと海中にあった土砂が、なぜ地上に出てきて、地層として、見られるのだろうか。

地層によって、いくつかの原因があります。

  • 海水面が下がった場合。
  • 海中の地面が、その場所だけ盛り上がった。

地面が、盛り上がることがあります。この原因は、なんでしょうか。

じつは、地面は動いてるのです。とてもゆっくりですが、動いているのです。地面は、プレートという物の上に乗っかっていて、そのプレートが動いているのです。地球上には、いくつものプレートがあります。プレートと、他のプレートがまじわることろでは、プレートどうしが押しあう(おしあう)場合も、あります。プレートどうしが押し合う場合、プレートの上に地面があれば、その地面も押しつけられるので、地面が、もりあがります。

こうして、地面が、盛り上がる場合が、あります。


なお、地面がゆれる、地震(じしん)の原因も、じつはプレートの力です。プレートが、地球の中にもどる場所の近くで、プレートは、反対側の地中には戻らないほうの岩盤(がんばん)にも、引きずりこむような力を加えるので、プレートは岩盤をひずませます。岩盤に力が、かかり続けると、ある時期に、岩盤の一部が、こわれます。このときの揺れ(ゆれ)が、地震です。


地層の層は、水平とは、かぎりません。地層が曲がっていて、一部分だけ、盛り上がっている場合もあります。このような地層の形を しゅう曲(しゅうきょく) と言います。しゅう曲の原因は、プレートの動きによって、両側から押し付けられる力が、くわわったからです。

背斜(はいしゃ)と向斜(こうしゃ)

地層のしゅう曲で、山になっている部分を 背斜(はいしゃ) といいます。地層のしゅうきょくで谷になってる部分を 向斜(こうしゃ) といいます。


断層

地層が押し合った場合に、かならずしも曲がるとは限らず、地層が切れる場合もあります。 このような切れてずれた地面を、 断層(だんそう) と言います。断層とは、地層にかぎりません。 断層の原因も、元々は、プレートによる力です。

大きな地震のあとに、断層が生じる場合もあります。

断層にかかる力の方向は、押し付けあう方向だけとは、かぎりません。 地面に、引っ張られる力が加わって、断層ができる場合も、あります。


しゅう曲によって、地層の石や砂や粘土の、上下の関係が、曲がったところで、逆転したり、変化することがある。 断層も、地層の石や砂や粘土の、上下の関係が、切れたところで、逆転したり、変化することがある。

化石[編集]

サンヨウチュウの化石

動物の肉は、死んでしまうと、すぐに分解されていく。しかし動物の骨は、分解されづらい。地上に骨がある場合は、壊れやすいが、地中にある場合は、骨が、かなり長く、のこる場合もある。

このようにして、大昔の生き物の骨やカラなどが残ったものを 化石(かせき) という。

骨だけでなく、大昔の貝が残った物も、化石である。

また、大昔の動物の「足あと」などの痕跡(こんせき)でも、大昔の動物の痕跡がキッチリと残っていれば、それらは化石として扱う。

動物にかぎらず、植物などでも、大昔の植物の痕跡(こんせき)なら、化石という。


化石によって、その地層が出きた時期のあたりの、環境が分かります。

たとえば、地層の、ある層の部分から、貝の化石が出てきたら、地層の、その層の部分が出きた時期には、その地層は、海底にあった可能性が高いことが分かります。貝のアサリの化石なら、アサリは、海の浅いところにすむので、そういった環境まで、知ることができます。

もし、サンゴの化石があれば、サンゴは、あたたかい地域の海にしか生息しないので、その地層は「昔は海だった」ということと、その化石が出きた時期は、気候があたたかい場所だったことが分かります。サンゴの化石のような、たい積したころの環境をしめすような化石を 示相化石(しそうかせき) といいます。

  • シジミの化石

シジミは、淡水(たんすい)にすむ貝である。淡水とは、川や池や湖のような、海水を含まない水である。なので、シジミの化石があれば、そのような環境だったことが、わかる。シジミの化石も示相化石である。


地球の年齢は、さまざまな調査で、およそ 45億年 であることが分かっています。

地球上で発見されている、もっとも古い化石は38億年まえの化石といわれています。 それ以前の時代は、岩石そのものが少ない時代です。

人類が出る前の時代などは、文字の記録が残っていないのえ、地質調査などで調べるしかない時代です。このような人類以前の大昔の時代を 地質時代(ちしつじだい) といいます。

化石を調べて行った結果、時代ごとに特徴のちがいがあることが分かり、地質時代を分けて、先カンブリア時代(せんカンブリアじだい)と、 古生代(こせいだい)と、中生代(ちゅうせいだい)と、新生代(しんせいだい)とに、時代を分けています。

サンヨウチュウの化石


  • 古生代(こせいだい)

サンヨウチュウ のさかえた時代は 古生代 です。古生代は、約5億4200万年前から 約2億5100万年前です。 この古生代には、他にも サンゴ や フズリナ や ウミユリ などがさかえました。

古生代にあらわれ始めた シーラカンス は、いまも、子孫が生きのこっています。

植物では、シダ植物が、さかえました。


  • 中生代(ちゅうせいだい)
アンモナイトの化石
恐竜の想像図

中生代(ちゅうせいだい)は、恐竜(きょうりゅう)や、は虫類が、さかえた時代です。

中生代は、約2億5000万年前から約6500万年前までです。

また、中生代の海では、 アンモナイト が、さかえました。 恐竜の祖先である シソチョウ が、あらわれた時代も中生代です。

恐竜の化石やシソチョウの化石は、地層の時代を知ることのできる示準化石です。

  • 新生代(しんせいだい)
ケナガマンモスの復元模型

約6,500万年前から現代までを 新生代(しんせいだい) といいます。 新生代のうち、約6,500万年前から約200万年前までを第三紀といい、約200万年前から現代までを第四紀と分ける。

第四紀は、人類の祖先が出現し始めた時期です。 第四紀は、ナウマン象やマンモスが出現した時代でもある。 中生代までは、さかえていた恐竜が、新生代に入っては、絶滅(ぜつめつ)します。

また、第四紀は、氷河期(ひょうがき)があった時代です。

氷河期の時代は、海の水面が下がり、日本列島は大陸と地続きになりました。そのため、マンモスなどの動物は、あるいて日本列島にやってきました。


マンモスの化石は、地層の時代を知ることのできる示準化石です。

大昔の化石の年代は、どのようにして分かったのでしょうか?

それは、 放射性元素(ほうしゃせい どういげんそ) というものを分析しています。 放射線を出す元素を、放射性元素(ほうしゃせい どういげんそ)といいます。 たとえばウランという元素が、放射性元素です。 ウランは、時間がたつと、ある割合でこわれて、べつの元素に、かわります。 放射性元素は、時間がたつと、ある割り合いでこわれて、べつの元素に、かわります、

このウランのように、化石や地層のなかにふくまれた放射性元素をだす元素の量をしらべることで、その化石ができてから、どのくらいの時間がたったかを調べることができます。

このような、放射性元素をはかる測定方法を 放射性年代分析(ほうしゃせい ねんだいぶんせき) と、いいます。


大地の変化[編集]

地震や火山活動について、学びましょう。

地震[編集]

プレート。大陸プレートと海洋プレート。

地殻は、マントルの流れに乗って、地殻もいっしょに動いていきます。このように、動いている地殻のことを、プレートといいます。英語で板(いた)のことを「プレート」(plate)といいますので、地殻を板に見立てた呼び方(よびかた)です。

地震とは、プレートが動くため、地盤(ぢばん)や岩盤(がんばん)にずれが生じることで起こる現象です。(なお月で起こる地震を、月震「げっしん」という)

地面がゆれる、地震(じしん)の原因は、じつはプレートの力です。プレートが、地球の中にもどる場所の近くで、プレートは、反対側の地中には戻らないほうの岩盤(がんばん)にも、引きずりこむような力を加えるので、プレートは岩盤をひずませます。岩盤に力が、かかり続けると、ある時期に、岩盤の一部が、こわれます。このときの揺れ(ゆれ)が、地震です。

海中にあるプレートを 海洋プレート(かいようプレート) と言います。陸地の下にあるプレートを 大陸プレート(たいりくプレート) と言います。

プレートとプレートとが交わるところでは、地震が起きやすいです。日本列島の周囲でも、いくつかのプレートが交わっているので、日本は地震が多いです。日本では、ユーラシアプレートと北アメリカプレートと太平洋プレートとフィリピン海プレートの、あわせて4つのプレートが、日本の下で、押し合っています。

なお、アメリカ合衆国のハワイ諸島は、太平洋プレートの上に乗っているので、毎年、少しづつ日本列島のほうに近づいています。とはいっても、ハワイが日本列島にくっつくのは、何千万年も未来の話です。

断層。正断層(せいだんそう)。
断層。逆断層(ぎゃくだんそう)。

地震の際、地面の一部が切れてずれる場合があります。このような切れた地面の層を 断層(だんそう) と言います。断層とは、地層にかぎりません。 断層の原因も、元々は、プレートによる力です。

大きな地震のあとに、断層が生じる場合もあります。

断層は、その断層ができる前の地面を引っ張る力によって、その断層が生じた場合、断層のかたほうが乗り上げるようになりますが、この断層を 正断層(せいだんそう) と言います。

いっぽう、押し合う力によって作られた断層は、断層がずれおちるようになりますが、この断層を 逆断層(ぎゃくだんそう) と言います。


地震の用語

震源と震央
  • 震源(しんげん)

地震は、ひずみに耐え切れ(たえきれ)なくなった地下の岩盤(がんばん)の破壊によって、おこる。その破壊した岩盤の位置(いち)である。したがって、震源は、地中にあるのが、ふつう。

  • 震央(しんおう)

震源の真上にある、地上の、地表での位置。


  • マグニチュード

地震のエネルギーの大きさは、マグニチュードという単位で、あらわします。記号は、「M」です。 マグニチュードが1大きくなると、エネルギーの大きさは、約31倍から約32倍になります。なので、マグニチュードが2大きくなると、エネルギーの大きさは、約1000倍になります。(かけ算で31×31と、32×32とを計算して、確認してみよう。)

  • 震度(しんど)

地震が起きた時の、その地震を観測した影響をもとに、震度(しんど)として階級分けがされている。震度は、エネルギーの大きさとは、関係がない。 日本では、震度は、震度0から震度7までがある。震度には、震度5と震度6で、震度5弱と震度5強があり、震度6弱と震度6強があるので、震度は合計で10段階にわけられている。

震度とは地震の観測場所での地震の影響なので、同じ震源で起きた地震でも、震度の観測場所によって、震度の大きさは違ってくる。

震度階級
震度 ゆれの感じ方や、被害のようす
  震度0   人は ゆれを感じない。    
  1   屋内にいる人の一部が わずかにゆれを感じる。     
  2   屋内にいる人の多くが ゆれを感じる。つりさがってる電灯などが、わずかに、ゆれる。
  3   屋内にいる人のほとんどが ゆれを感じる。ねむってる人の多くが目をさます。 
  4   置き物が倒れることもある。多くの人が、おどろく。
ねむってる人のほとんどが目をさます。 
  5弱   多くの人が身の安全を図るために物につかまる場合がある。つりさがってる電灯などが、わずかに、ゆれる。 
  5強   固定していない家具が倒れることもある。行動に支障を生じる。
棚のものが落ちたりする。墓石が倒れることもある。
  6弱   立っていることが困難。固定していない家具が倒れることもある。
多くの建物で、タイルや窓ガラスなどが破損する。  
  6強   立ってることが出来ず、はわないと動けない。重い家具でも、固定していなければ、移動・転倒する。
地割れや山崩れが起きる場合もある。多くの建物で、タイルや窓ガラスなどが破損する。  
  震度7   ゆれに飛ばされることもある。ゆれによって、自分の意思で動けない。
大きな地割れや山崩れが起きる。建物が傾く・倒れるなどの大きな被害を受ける場合もある。 
  • 地震の波
地震の波形 説明図
1908年のサンフランシスコ大地震のときに、ドイツの地震計で観測された地震波の波形。一番左の緑線より右側の部分が主要動。

地震のつたわってくる場合、最初に小さい ゆれ が来てから、しばらくしてから、それより大きなゆれが伝わってくることが多い。 このようなことが起きる理由は、じつは地震のつたわり方には2種類あるからである。

地震がおきると、先に、P波(ピーは)という波が伝わってきてから、あとでS波(エスは)が、つたわってくる。 Pは英語で、「最初の」とか「始めの」とかを意味する プライマリー primary という語句の頭文字です。S波のSは、英語で「2番目」とかを意味する セカンド second です。野球の守備のポジションで 一塁手をファースト first 、 二塁手をセカンド second 、三塁手をサード third などと言いますよね。そのセカンドと同じです。

英語で、1つ、2つ、3つを ワンone 、 ツー two 、スリー three といいます。一番目・2番目・3番目は ファーストfirst、セカンド second、サード third と言います。中学一年になれば英語を習い始めるでしょうから、せっかくですから、ここで、英語も、おぼえてください。


ここでいう、P波とかS波とかの「波」とは、揺れ(ゆれ)の、伝わり(つたわり)のことである。振動(しんどう)の つたわり のことである。べつに、海の波のような液体が、地中を流れているわけではないので、まちがえないように。

さて、P波は たて波 という伝わり方であり、S波は横波(よこなみ)という伝わり方である。

たて波のP波は、よこ波のS波よりも速度が大きいので、さきにP波がとどき、あとからS波がとどく。このことから、最初に、プライマリーに、たて波がとどくので、最初にとどく、たて波がP波(primary wave、プライマリーウェイブ)と呼ばれるようになったわけである。


地面の上に、大きな振動をあたえるのは、横波であるS波のほうである。この横波のS波を 主要動(しゅようどう) という。

なので、さきにP波がとどいて少しゆれたあとに、ちょっと時間がたってからS波が来て、S波の主要動で大きく、ゆれる。

最初に縦波のP波がきてから、よこなみのS波がくるまでのあいだを 初期微動(しょきびどう) という。

初期微動の長さは、P波とS波がとどく時間の時間差である。そして、この時間差は、距離に比例することが分かっている。なので、初期微動のつづいた時間をはかると、それから震源までのきょりをもとめることができる。

  • 大森公式

つぎのような公式が知られている。 震源までのきょりを kmとして、P波の速度を km/秒 として、S波の速度を km/秒 として 、初期微動のつづく時間を 秒とすると、

P波の到着(とうちゃく)にかかった時間
S波の到着にかかった時間
初期微動のつづいた時間
震源までのきょり (km)


はふつうは 6 km/秒 〜 8 km/秒 で 大森係数(おおもりけいすう) といい、記号で と書く。これより、大森公式は

である。

イメージしやすいように、数をいれよう。Kは、だいたい6 km/秒 〜 8 km/秒なので、ここでは、k=7 km/秒としよう。

として、d=震源までのきょり(km)で、tは初期微動のつづいた時間(秒)なので、

震源までのきょり(km) = 7(km/秒) × 初期微動のつづいた時間(秒)

である。


大森公式を利用すると、いくつもの観測地点で震源までのきょりをもとめると、そこから震源の位置を見いだすことができる。

  • 地震計
地震計

地震のゆれの大きさを記録する機械を 地震計(じしんけい) といいます。

地震のときに、地震計の全部が、ゆれてしまっては、記録のしようがありまえん。

地震計では、地震が来ても、うごかない部分をつくる必要があります。 それには ふりこ のしくみを利用します。ふりこの支点を手で持って、支点をはやく動かしても、ふりこのおもりは、ゆっくりとしか動きません。この現象を利用すれば、地震計で、地震が来てもうごかない部分をつくれます。

日本各地にある、地震計を設置している場所を地震観測点(じしん かんそくてん)と、いいます。


大地震に関連する自然災害[編集]

地域や、その地震の特徴(とくちょう)によって、いろんな被害が考えられますが、つぎのような自然災害が、起きる場合があります。

  • 津波
  • 液状化現象
  • がけ崩れ

・・・など。

自然災害の他に、火災や、電力の停電、交通網や通信網の寸断や麻痺なども、起きる場合があります。

大地震が起きたときの避難(ひなん)の方法は、小学生のかたは、学校で習う避難訓練や、その地域の緊急警報などに従って、ひなんをしてください。

また、テレビやラジオをつければ、関係する情報を、放送していると思います。

このページのこの節では、主に自然現象の観点から、大地震に関連する自然災害について、説明します。


津波[編集]

大地震が起きた場合、その震源の場所が海底や、海にちかい場所にある場合は、津波(つなみ)という、つよい海水の流れが、陸に、やってきます。

海底でのプレートの動きが海によって、その上で水面が 盛り上がり(もりあがり)、その盛り上がった水面が、陸地へと流れこんでくるのです。

津波は、津「波」と言われますが、波というよりも、流れがとても強い川の激流(げきりゅう)のようなものです。 普通の海水浴場の波では、水面が押したり引いたりしているので、一方向には流れ続けません。ですが、津波は、一方向へと流れ続けます。陸の奥のほうへと向かって、津波の勢いが衰える(おとろえる)まで、流れ続けます。だから、激流のように、津波は、とても力が強く、おそろしいのです。


海の近くに住んでいる人は、大地震が来たら、警報などにしたがって、高い所へ、逃げる(にげる)必要(ひつよう)が、あります。

  • 津波から、事前に逃げる(にげる)ときは、高い所へ、逃げます。「遠い所へ」ではなく、「高い所へ」と言ってることに気をつけてください。
  • また、津波が陸に来る前に逃げないと、逃げ遅れます。

液状化現象[編集]

大地震が起きたとき、埋め立て地などでは、地面の土と水が分離して、地面が泥水のように柔らかくなりすることがあります。このような現象を 液状化現象(えきじょうか げんしょう) と言います。液状化現象で建物が傾いたり、建物が倒れて、こわれたりもします。

がけ崩れ[編集]

大地震では、がけや、山の斜面が、くずれることがあります。がけなどには、近づかないようにしましょう。 また、くずれた場所が、川などの水を多くふくんでいると、水と土砂がまじったものが流れてくる 土石流(どせきりゅう) が発生し、大きな被害を起こすばあいもあります。なお、がけ崩れや土石流は、地震のときだけでなく、豪雨などでも、起こります。


大陸移動説(たいりくいどうせつ)[編集]

パンゲア大陸
アルフレート・ウェゲナー
『大陸と海洋の起源』第4版(1929)より
パンゲア大陸の分裂

いま、地球上にある、いくつかの大陸は、むかしは、ひとつの大きな大陸だったことがわかっています。そのひとつの大きな大陸のなまえを パンゲア といいます。


ドイツの気象学者のウェゲナーは大西洋をはさんだ両岸の大陸の形状(特にアフリカと南アメリカ)が、ほぼ一致することから、大昔は、このアフリカと南アメリカはおなじ大陸だったのが分裂したのではないか、と考えました。

また、アフリカと南アメリカは、地質や生物の分布も、にていることから、ますます、おなじ大陸と考えるようになりました。

ウェゲナーは、このようなアフリカと南アメリカは、昔はおなじ大陸だったという説を1912年に発表しました。

しかし、当時の人々の理解は得られませんでした。また、ウェゲナー本人も、どのような力で、大陸が動いているのかは、わかりませんでした。

ウェゲナーは大陸が動いていることの証拠を探す探検のためグリーンランドを探検している最中の1930年に、50才でウェゲナーは死んでしまいます。

ウェゲナーの唱えた大陸移動説は、彼の生存中は学会の多数からは、みとめられることはありませんでした。

海嶺(かいれい)
海れいの場所。
  • 海嶺(かいれい)と海溝(かいこう)

それから、数十年がたってから、技術の進歩で、海底の研究が進みます。すると、どうやら、海底の奥ふかくから、溶岩が次々と、わき出している場所があることが見つかります。これは 海嶺(かいれい) の発見です。大西洋の中央や、太平洋のチリ沖のイースター島の付近など、地球上のいくつかの海底に、海れいは、あります。

伊豆・小笠原海溝の位置(赤線)

また、海底の奥深くで、地面が地中に引きこまれている場所も見つかります。これが 海溝(かいこう) です。 太平洋のマリアナ諸島の近くのマリアナ海溝や、伊豆・小笠原海溝など、いくつかの海溝が、あります。

海嶺や海溝の研究から、地中や海中のプレートとよばれる岩ばんが動いていることがわかります。

ウェゲナーの大陸移動説は、プレートにのっかった大陸が、プレートごと動くという考え方で説明できるようになりました。

溶岩(ようがん)が、かたまるとき、地磁気の方向で、溶岩がかたまり、溶岩にほんの少しだけ、磁気が、のこります。この、古い地質の磁気の方向をしらべることで、大陸移動説は、証明(しょうめい)されました。

プレート。大陸プレートと海洋プレート。

地震はプレートのひずみによって起きることが分かっています。大陸プレートと海洋プレートの押し合いでひずんだプレートが、ひずみに、たえきれなくなって、元にもどるときに、地震が発生します。

そしてプレートをひずませる力の原因は、プレートが地中に引き込まれることです。

プレートの運動によって、地震がおきるという考え方を プレートテクトニクス と、いいます。

火山の活動[編集]

火山(かざん)の地下深い場所には、岩石が高温で溶けた マグマ がある。このマグマが、割れ目や火口などから、ふきだすことを、火山の ふん火(ふんか、噴火) と言う。そして、山で、このようなマグマが吹き出す山を、火山という。

マグマが、地上にでてきたものを 溶岩(ようがん) という。溶岩は、地表にでてきたばかりのときは、液体である。地上で、溶岩が冷えると、しだいに固体に、なっていく。

火山の溶岩は、地下100kmくらいの地中深くから上がってきて、いったん、地下10kmくらいのマグマだまりに、たまる。


  • 火山さいせつ物

火山では、はげしい噴火をした場合、火口のちかくの岩石がくだけたりして、石や砂や岩や灰などを、吹き飛ばして、まきちらすことがある。このような物を 火山さいせつ物(かざん さいせつぶつ) という。

この火山さいせつ物は、大きさによって、分類される。

直径が2mm以下の、さいせつ物を 火山灰(かざんばい) という。(2mmという数字は、おぼえなくても良い。大きさによって分類されるということを、おぼえてほしい。)

火山さいせつ物のうち、直径2mm〜64mmの火山さいせつ物を大きい物を 火山れき という。(数字は、おぼえなくても良い。大きさによって分類されるということを、おぼえてほしい。)

火山さいせつ物のうち、直径2mmより大きく、まだ、かたまっていなく、溶けた溶岩がまじってる場合は、火山弾(かざんだん)という。


  • 火山ガス

火山の内部では、水蒸気などの気体が発生している。 水蒸気のほか、二酸化炭素、二酸化硫黄、塩化水素、硫化水素なども、ふくまれる。

これらの、火山から噴出した気体を 火山ガス という。 「ガス」GASとは、英語で「気体」の意味である。

火山ガスの成分のほとんどは、水蒸気である。


火成岩[編集]

石や岩の出来かたには、いろいろなできかたがあるが、マグマが冷えて、かたまって、岩や石ができた場合、それらを 火成岩(かせいがん) という。

火山の噴火などによって、マグマが急にふきだした場合に、マグマが急に冷やされるて固まって出きた火成岩を 火山岩(かざんがん) という。

いっぽう、地下の深くにあるマグマが、ゆっくりと冷えて固まったものが、地上にでてきたものを 深成岩(しんせいがん) という。

  • 深成岩

深成岩は、ゆっくりと冷えるてできるので、結晶の大きさが、そろっている。このような、同じような大きさの結晶が、つまっているつくりを 等粒状組織(とうりゅうじょう そしき) という。

  • 深成岩の例。 ・・・ はんれい岩、せんりょく岩、かこう岩 。


  • 火山岩

火山岩は、急に冷やされるので、結晶になっていない 石基(せっき) という部分が多く、その石基のなかにいくつか、結晶が、ちらばっている。この火山岩の石器の中に散らばってる結晶を 斑晶(はんしょう) という。

そそて、このような石基の中に、いくつか、斑晶が、ちらばっているつくりを 斑状組織(はんじょうそしき) という。

  • 火山岩の例。 ・・・ 玄武岩、安山岩、流もん岩 。

岩石[編集]

岩石のできかたのいは、マグマが固まって出来る火成岩のほかにも、地下深くの地層が、その上の地面の重みで、長い年月の間、おし固めつづけられて、できる岩石もある。 このような出来かたの岩石を たい積岩(たいせきがん) という。

  • れき岩(れきがん)

小石が固まって出きたものを れき岩 (れきがん) という。

  • 砂岩(さがん)

砂が固まって出きたものを 砂岩 (さがん) という。

  • でい岩(でいがん)

粘土が固まって出きたものを 泥岩 (でいがん) という。

  • 石灰岩(せっかいがん)

生物の死骸などにふくまれるカルシウムなどが固まってできたものを 石灰岩 (せっかいがん)という。主成分は、炭酸カルシウムである。なので、うすい塩酸をかけると、二酸化炭素を発生する。

  • ぎょう灰岩(ぎょうかいがん)

火山灰などの火山さいせつ物が固まったものを、 ぎょう灰岩 (ぎょうかいがん)という。

地球の内部[編集]

Earth-crust-cutaway-japanese.svg
1=地殻; 2=マントル; 3a=外核; 3b=内核; 4=リソスフェア; 5=アセノスフェア
地球全体での地震の波のつたわりかた。(アメリカ地質調査所USGSの作成)

地震のつたわりかたの研究などから、地球の内部には、液体の部分があることが分かっています。

スイカを切る前の丸いスイカをたたくと、中身の状態によって、音がちがいます。よって、丸いスイカをたたいた時の音で、切る前にも、中身の状態(じょうたい)が予想できます。

同じように、地震のつたわり方から、地球の中身を調べる方法があるのです。地球の深い中身は、まだじっさいには誰も見たことがないので、かわりに地震波のつたわりかたで調べる必要があるのです。

地震波には、水面の波のような表面をつたわる表面波の他にも、「たて波」と「よこ波」がありますが、よこ波は液体の中をつたわりません。よって、ある大きな地震が起きたとき、地球全体での地震のつたわり方をしらべると、地球の内部のしくみが、調べられるのです。

地震波の震源から、地球の中心から見た角度にして、103°〜143°にあたる地域では、「たて波」も「よこ波」も伝わらないことが、さまざまな観測(かんそく)から分かっているので、それから逆算して地球の内部のしくみを考えだすと、地球内部に、なんと液体があることが分かるのです。こうして、地球の内部に(かく)があることが発見されました。また、地球の中心の温度は約6000℃の高熱です。

さらに細かい観測によって、核(かく)には、外がわの外核(がいかく)と、内がわの内核(ないかく)という、2つの種るい があることが分かっています。


さて、地球の表面にある、かたい部分を 地殻(ちかく) といいます。私たちが立っている場所も、地殻です。地殻のあつさは、陸地では約30kmから約70 kmくらいまでです。地球の半径は約6400kmもあるので、それと比べたら、地殻はうすいですが、うすいといっても、地殻は30km以上もの厚さがあります。

海洋の海底での地殻のあつさは、約7kmくらいです。海洋の地殻は、うすいのです。

たまごに例えると、カラのついた「ゆでたまご」の、カラの部分が地殻のようなものです。

マントル対流

地殻の下には マントル という高温の、岩石のようなもので、できた物体が、あります。マントルは、地殻の下から 2900km くらいまでの深さに、マントルが、あります。

地殻とマントルの境目(さかいめ)も、地球規模の大きさで地震のつたわり方を調べることでわかりました。(なお、その境目をモホ面と言います。 ※ 高校の範囲なので、おぼえなくてよい。)

地震波とモホ面の関係。 ※ 高校の範囲なので、おぼえなくてよい。

マントルの成分は岩石です。マントルは固体ですが、少しづつ対流(たいりゅう)をして動いています。火山のマグマは、マントルから、できます。地殻は、このマントル対流の上に乗って、うごいています。


ゆでたまごに例えると、中の白身が、マントルのようなものです。さらに中の黄身が、核のようなものでしょう。

マントルのほとんどは、固体の岩石です。マントルの温度はとても高いのですが、マントルにかかる圧力も高いので、液体にはならずに、マントルは固体なのです。 マグマは、ほとんど固体のマントルの一部が、液体になったものです。


マントルのさらに下には (かく) があります。 核は、外側の 外核(がいかく) と、内側の 内核(ないかく) とに、わかれます。外核の部分が液体です。 地磁気の原因は、液体の外核が流れ動いていて、そのため核内に電流が流れ、地磁気が発生するのだろう、と考えられています。

核の成分は、鉄やニッケルなどの金属から出来ていると考えられています。

地球の内核は地下5,100 kmから6,400 kmで、固体からなると考えられています。

地殻、マントル、核の成分は、それぞれちがいますが、地球の中心にちかいほど重い成分になっています。

てこの原理[編集]

「てこ」の概略図(がいりゃくず)。三角形のところが支点に相当する。
じっさいに、この形だと、支点の上の板がすべってしまうので、実物のてこでは、すべらないように、固定してある。

てこがつりあっている時、「うでの長さ」と「物の重さ」をかけた量が、支点の左右で同じ大きさになっています。 このことを、 てこの原理 (てこのげんり)と、いいます。

てこの両側での、うでの長さの単位はそろえてください。

たとえば、てこの右側で長さの単位をセンチメートル(cm)としたら、左側でもcmを使ってください。


同様に、てこでの「重さ」の単位も、右と左で、そろえてください。

もし、重さの単位に、左ではグラム(g)を使ったら、右でもgを使ってください。

あるいは、もし、重さの単位にキログラム(kg)をつかう場合は、右も左も、重さの単位はキログラムにしてください。


てこの原理を利用すると、小さい力で、重い物を、もちあげることが、できます。

この図で、人間が持ってるところが力点。ハコに接触してる場所が作用点。
てこの原理における、支点, 力点, 作用点の位置。

てこで、人間が力を加えるために持つところを、 力点 (りきてん)と、いいます。

てこを支えている、回転軸(かいてんじく)の、中心の部分を、 支点 (してん)と、いいます。

そして、てこによって、持ちあげたい物に、力がくわえられる場所を 作用点(さようてん)という。

左の図で見れば、力 F1 と支点と力点との長さ d1 の、かけあわせの F1×d1 と、力 F2 と支点から作用点の長さ d2 の、かけあわせの F2×d2 との大きさは同じです。 つまり、式で書くと、

F1×d1 = F2×d2

です。

なので、少ない力で、てこで重いものを持ち上げるには、支点と力点の距離を長くすれば、そのぶん、力点に加える力は小さくなります。 また、支点と作用点の長さを短くすれば、そのぶん、作用点に大きな力がくわえられるので、てこで持ち上げやすくなります。


様々なピンセット
ピンセットでの、支点・力点・作用点の位置。

なお、ピンセットに、てこの原理を当てはめて、考えてみると、ピンセットの支点は、はじっこにあります。ピンセットの作用点は、ピンセットの先の、物をつまむ部分です。

なお、力と、支点からの距離を、掛けた量を、モーメントと言います。たとえば力 F1 と支点と力点との長さを d1 とした場合、 F1×d1 はモーメントです。 F2×d2 も、モーメントです。

  • くぎぬき
釘抜き(くぎぬき)
釘抜きでの、支点・力点・作用点の位置。

支点・力点・作用点は、かならずしも、一直線上には、あるとは、かぎらない。

輪じく[編集]

輪じくの仕組みを活用した、巻き上げ機(まきあげき)。
輪じく(りんじく)の原理図。力の関係を見やすくするため、ひも をつけて、おもり をつけてある。内側の輪(わ)から下がっている ひも と、外側の輪から下がっている ひも は、つながっていない。図の場合、内側のおもりは、軸(じく)を右回りに回そうとしている。外側のおもりは、輪(わ)を左回りに回そうとしている。図の場合、右回りの力と左回りの力は、つりあっている。

輪じく(りんじく)とは、自動車のハンドルに似たしくみの物です。外側の輪(わ)をまわすと、くっついている内側の軸(じく)も、いっしょに、まわります。

このような、ハンドルなどの力の仕組みを考えたものを、輪じく(りんじく、輪軸)といいます。

輪じく の、力のしくみ は、てこの原理を 使って、考えることができます。

輪じく の、つりあいを考えるときは、

  力 × 半径

で、かんがえる必要があります。

Yellow-flathead-screwdriver.jpg

ドライバーも 輪じく になっています。

かっ車(発展)[編集]

宇宙[編集]

太陽と月の形[編集]

月と太陽の表面の様子や月の形が変わる理由について学びます。

月の形の変化と太陽の位置[編集]

月の見え方

月は日々姿形を変え、それは約29.5日で一周しています。これを月の満ち欠けといいます。月の満ち欠けが起きる理由は、地球から見た月の太陽からの光が当たる面が日ごとに変わってゆくので、おこります。

月の満ち欠けは決まった周期となっているので、昔の人はこれをカレンダーのように使っていました。そして、それぞれの形に名前をつけて身近なものにしていました。みなさんも、「三日月」や「満月」という言葉を知っているでしょう。これも月の形の名前です。みなさんは、すべては、おぼえなくてもよいですが、月の形と、その名前を紹介します。


陰暦(月の満ち欠けを基にした暦)と月の名前
1日 3日 7日 11日 13日 14日 15日
新月 三日月 上弦の月 十日余りの月 十三夜
十三夜月
小望月 十五夜
望月・満月
Crescent Moon.jpg Crescent Moon2.jpg Half Waxed Moon.jpg 10 Nights Moon.jpg 13 Nights Moon.jpg 14 Nights Moon.jpg Full Moon.jpg
16日 17日 18日 19日 20日 22日 23日
十六夜月 立待月 居待月 臥待月
寝待月
宵闇月
更待月
二十日余りの月
下弦の月
二十三夜月
16 Nights Moon.jpg 17 Nights Moon.jpg 18 Nights Moon.jpg 19 Nights Moon.jpg 20 Nights moon.jpg Waning Moon.jpg 23 Nights Moon.jpg

月の見えかたは、右側から、かわっていきます。

月の表面の様子[編集]

月のクレーター。

月の表面に見える、黒く見える丸い穴をクレーターと言います。でこぼこした、くぼみがあります。(くわしくはクレーター。) クレーターが出きた理由は、いん石(いんせき、隕石)が、ぶつかったからだろう、と考えられています。

クレーターとはべつに、月の表面の、黒く見えるあたりを(うみ)といいます。「海」と言っても、月の海には、水はありません。

そもそも、月には、水がありません。月には、空気も、ありません。

月の表面には、海がいっぱいあるけど、裏には、ほとんどありません。

月の表面の、白く見える部分を(りく)と、言います。


月の大きさ[編集]

月の直径は、約3500kmです。月の形は、球形です。地球の直径と比べた場合、月の直径は、地球の直径の4分の1です。地球の方が大きいです。

月と地球の距離は、約38万kmです。 なお、太陽と地球との距離は、約1億5000万kmであり、月と地球の距離の約400倍です。

月の重力は、地球の重力の、約6分の1です。月は、地球よりも、小さいので、月の重力も、地球より、小さいです。 地球上で1000グラムの物の重さを、ばねばかりで、はかると、月では166グラムくらいになります。

いっぽう、月で、天びんで、重さを、はかった場合は、両方の皿の上の物の重さが6分の1になるので、つりあいの結果は、地上と、かわりません。

月には、空気がありません。この理由は、月の重力が小さいので、空気を引き止められなかったからだろう、と考えられています。

星の種類[編集]

太陽のように、光を発してる星を、こう星(こうせい、恒星)と言います。星座をつくる星も、こう星です。

いっぽう、地球のように、その星じたいは、光をはっしない星で、太陽のまわりを回っている星をわく星(わくせい、惑星)といいます。

月のように、惑星のまわりを回っている星は、えい星(えいせい、衛星)といいます。


月は、こう星ではありません。地球から見た場合に、月があかるく見えるのは、太陽の光を反しゃしてるからです。


月は、地球のまわりを、回っています。このように、星が、星のまわりを回っていることを、公転(こうてん)といいます。

地球そのものも、太陽のまわりを、公転しています。地球が太陽のまわりを1まわりするのに、1年かかります。季節が1年ごとにくりかえす理由は、地球の太陽のまわりの公転です。

わく星[編集]

わかりやすく、星どうしをちかづけて書いてある。じっさいの天体どうしは、とても、はなれている。

太陽のまわりを回っている惑星は、地球の他にも、あります。太陽から近い順に惑星を書くと、

水星(すいせい)、 金星(きんせい)、 地球(ちきゅう)、 火星(かせい)、 木星(もくせい)、 土星(どせい)、 天王星(てんのうせい) 、海王星(かいおうせい)

です。

冥王星(めいおうせい)は、惑星(わくせい)ではなく、準惑星(じゅんわくせい)です。


太陽[編集]

※注意 太陽を直接、見ては、いけません。目を痛めます。
※注意 太陽を直接、望遠鏡で、のぞいても、いけません。目を痛めます。


星と銀河[編集]

太陽系。わかりやすく、惑星どうしをちかづけて書いてある。じっさいの天体どうしは、とても、はなれている。

太陽と、太陽のまわりを回る、水星から海王星までなどの惑星などは、太陽系(たいようけい)という星の集団(しゅうだん)です。

太陽系の直径は約90億kmです。

銀河系(ぎんがけい)の想像図(そうぞうず)

その太陽系は 銀河系(ぎんがけい) という星の集団の一部にしか、すぎません。

銀河系の形は、うずをまいた円盤(えんばん)のような形をしていることが分かっています。


銀河系の大きさは、とても大きいので、キロメートルだと、不便(ふべん)です。そこで 光年(こうねん) という きょり の単位(たんい)をつかいます。

1光年の きょり は、そのあいだの きょり を移動(いどう)するのに、光でも1年もかかる長さです。

そして、この光年という単位をつかうと、銀河系の直径は10万光年です。

わたしたちの太陽系は、銀河系の中心から、およそ3万光年、はなれた場所です。

夜空で、数十個から数十万の星があつまって見える場所を 星団(せいだん) とか 星雲(せいうん) とかと、いいます。

  • アンドロメダ銀河
アンドロメダ銀河

星座のアンドロメダ座のそばに見える、いくつもの星があつまったアンドロメダ星雲(アンドロメダせいうん)は、私たちの銀河系とはべつの星です。なので アンドロメダ銀河(アンドロメダぎんが) とも言われます。


電気の利用[編集]

  • 電磁石のはたらき

鉄の棒にエナメル線を巻き付けると、電磁石というものになります。ここでは、電磁石について学びましょう。 電磁石については、小学5年の理科で、習いますので、知らないかたは、復習をしてください。

この節では、電磁石のほかの、利用を説明します。

電気による発熱[編集]

ニクロム線(ニクロムせん)などに電流を流すと、発熱します。どんな金属の線でも、電気をながすと、発熱はします。ニクロム線は、とくに、発熱が多くなるニクロムという材料でつくられた導線です。このように、電気を流すと熱が多く発する金属導線を電熱線(でんえつせん)と言います。ここでは、電気の利用について学びましょう。

電熱線は、ヒーターなどに利用されることがある。

なお、ニクロムは、ニッケルと言う金属と、クロムという金属が混ぜられた合金(ごうきん)です。 合金とは、2個以上の金属を混ぜあわせた金属材料のことです。

ニクロムに電気をながすと、その電気が持っていたエネルギーは、熱として使われてしまいます。


ニクロム線の発熱量などは、どうやって、はかったら、良いでしょうか?

まず、「温度」と、ニクロム線などの発熱や、火などの「熱」とは、区別をする必要が、あります。

たとえば、容器に入った10℃の水に、おなじ水量のの10℃の水を注いでも、けっして20℃の温度には、なりませんよね。

その、いっぽう、発熱をしてるニクロム線を何本も多く集めたら、多く集めるほど、あつくなりますよね。

このように、「温度」と「熱」とは、区別をする必要があります。

  • 熱量とカロリー

そこで、熱エネルギーを数値化した量を、熱量(ねつりょう)といい、熱量は温度とは区別します。

熱量の単位はカロリーと、言います。なお、単位の、英語での記号は、小学校では習いませんが cal と書きますので、外部のサイトなどで自習する場合は、参考にしてください。

1カロリー' は、水 1g(=1グラム) の温度を 1℃ 上昇させるのに必要な、熱エネルギーのことです。なお、ここでいう「水」とは、50℃のお湯だろうが、80℃のお湯だろうが、「水」として扱ってます。100℃で沸騰してなければ、お湯でも液体の「水」として、あつかってます。

水以外の液体では、ダメです。油では、ダメです。


ともかく水の熱量の式は、

熱量(カロリー) = 水の重さ(グラム単位、g) × 温度差(℃単位)

です。

たとえば、重さが10gの水の温度が、3℃ 上がったら、水に加わった熱量は、 3×10=30 で、30カロリーです。

電気を作る[編集]

電気回路の導線の近くで、磁石を動かすと、電気が流れます。たとえば電磁石に、磁石を出しいれすると、磁石を出し入れで動かしている間は、電気が流れます。

このように、磁石を動かすことで、電気の流れを作れます。

「手回し発電機」は、この仕組みを利用してます。レバーを回すことで、中の磁石が回転するので、磁石の近くにある回路に電気が流れるのです。

発電用タービンの部品。
ドイツの水力発電所の装置

じつは、発電所で作れれる電気も、原理は、同じです。 たとえば火力発電所と水力発電所と原子力発電所では、磁石がついたタービン(羽根車、はねぐるま)を、回しています。

このうち、火力発電と原子力発電では、湯を沸かして(わかして)、その蒸気の押し出す力で、タービンを回しています。

水力発電では、水の流れで、タービンを回しています。たとえば、ダムなどの高いところから、タービンの羽根にめがけて、水を落として、その落とした水のいきおいで、タービンを回します。

電気と明かり[編集]

豆電球に使われている導線の材料は、ふつうは、タングステンという金属で作られた、ほそい線です。 豆電球では、このタングステン線に、電気をながすことで、発熱をさせて、高温にしています。 タングステンが高温になったことで、タングステンから光が出ます。これを電球の明かりとして用いたものが、電球です。


いっぽう、発光ダイオード(はっこうダイオード)などの明かりは、電球とは仕組みがちがいます。 発光ダイオードは、半導体(はんどうたい)という物質の性質を使っています。

小学校では、半導体の説明は、むずかしいので、省略します。

なお、発光ダイオードの実験をする時は、電流を流しすぎると、ダイオードがこわれてしますので、注意してください。電流を流し過ぎないように、回路に抵抗という、電流を減らす部品を組み込むのが普通です。


また、蛍光灯のしくみは、電球とも、発光ダイオードとも、別の仕組みです。


この節では、電気は、光に変えることができることを、分かってくれれば、じゅうぶんだと、思います。

また、光電池などを思い出せば分かるように、光から電気をつくることも、出来ます。

電気と音[編集]

電気は、機械を使って、音に変えることも出来ます。スピーカーやマイク、電子ピアノなどが、そうですね。

どういう仕組みかというと、製品によって、少しはちがいますが、おおむね、似たような仕組みです。

電気によって、振動を、起こしています。


音とは空気の振動です。

たとえば、楽器(がっき)の太鼓(たいこ)をたたくと、タイコの膜(まく)が、振動して、小さくゆれつづけているのを見たことがある人もいるでしょう。音楽の授業で、ときどき、合唱や合奏をしているときに、まわりの物が小さく揺れ(ゆれ)ていることがあるのは、音による空気の振動が、そのものに、ぶつかっているからです。


さて、回路に電気が流れると、電磁石になって磁力が発生するのですから、その磁力で、物を、振動させてしまえば、音を、出せるのです。

電気をためる・コンデンサー[編集]

いろいろなコンデンサー
コンデンサーの例


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