おっしゃ、早速始めるぞ！
pHは、酸性やアルカリ性の強さを示す数値だ。
power of Hydrogen ion
の略で、水素イオン濃度の対数って意味さ。1909年、デンマークの化学者 ソーレンセンさんが導入した指標なんだ。
「水素イオン濃度の対数」ってつまりまあ、
「水素イオンの量」を“パワー”として数字にした指標
ってこったな。
中性のpHは7で、酸性はpHがそれより小さい。反対に、アルカリ性はpHが7より大きいんだ。
たとえば、レモン汁は酸っぱくて酸性。水溶液のpHが小さいほど酸性が強いってことさ。
アルカリ性は石鹸水やアンモニア水で、pHが高めなんだ。
触るとぬるっとしてるのが特徴だぞ。
万能 pH試験紙などを使えば、いろんな水溶液のpHを簡単に調べられるんだ。
試験紙だけでなく、pHメーターを使えば、もっと正確に数値を読むことが可能だ。
ここからがオラの力作！pHを簡単に覚えちゃおう。
phで覚えるべきは
7が中性で、それより小さいと酸性、大きいとアルカリ性
ってことさ。
こいつで語呂合わせを作ると、次のような覚え方ができたぞ！
セブン（7）で中学生が小さい子どもに賛成（さんせい）したら、大きい大人からアルカリ電池をもらった
これでpHの覚え方もバッチリだな！
中和ってなんだ？ズバリいっちまうぞ。
中和とは、
酸とアルカリが結びついて、お互いの性質を打ち消し合う反応のこと
なんだ。
その結果、なんと、
水ができる！！
なぜなら、酸に含まれる $\ce{H+}$（水素イオン）と、アルカリに含まれる $\ce{OH-}$ （水酸化物イオン）がガッチリ手を組んで水を作るからさ。
具体的にはこうだ。
$$\ce{H+ + OH- -> H2O}$$
でもな、中和するとできるのは水だけじゃない。
それに加えて
塩（えん）
ができるんだ。読み方は「しお」じゃねえぞ！
塩（えん）とは、
酸とアルカリが中和反応を起こしたときにできる化合物のこと
なんだ。
この塩ってやつは、身近なものから意外なものまであるぞ。
例えば、食卓塩はもちろんのこと、硫酸ナトリウムや硝酸カリウムも塩の一種だ。
具体的にどんな中和反応があるのか？ここで一つ紹介しよう。
塩酸と水酸化ナトリウムの反応がその一つの例さ。
$$\ce{HCl + NaOH -> NaCl + H2O}$$
化学反応式の右側でできた2つの物質に注目さ。
$\ce{NaCl}$が塩で、ついでに水（$\ce{H2O}$）もできているな。
ここでできた$\ce{NaCl}$は、食卓塩の成分だぞ。
ムラサキキャベツ液って聞いたことあるか？
ムラサキキャベツに含まれるアントシアニン色素を水に煮出して得られる液
のことさ。
ぶっちゃけ、つまり、
ムラサキキャベツのしる
だ。
じつはこれ、
酸やアルカリを調べる 天然の指示薬 として利用できるんだぜ。
ムラサキキャベツ液を作るのは超簡単だ！オラが方法を教えるぞ。
これで完成だ！
オッケー、ムラサキキャベツ液用意できたな？
出来上がったムラサキキャベツ液は、立派な天然由来の酸塩基指示薬さ。
BTB溶液やリトマス紙、フェノールフタレインと同じように、酸・アルカリを判定できるぞ。
特徴は 色の変化がグラデーション的に多彩 なことさ。
次のような色変化をするぞ。
ムラサキキャベツ液で色の変化を楽しく覚える方法を伝授しよう。
つまり、
を覚えられればゲームクリアってわけだな。
こんな語呂合わせでどうだ？
赤いサンタがある日狩りに出かけたら青緑になった
サンタの色変化を脳内再生できれば、ムラサキキャベツ液の色変化も覚えられるな！
酸とアルカリは、どちらも化学反応でよく出てくるけど、性質が全然違うんだ。
酸は水素イオン（$\ce{H+}$）を生じる化合物だ。
水溶液にしたときに電離して、水素イオンを出すんだ。
たとえば、「塩酸」や「硫酸」は、酸の代表例だ。
実験では、BTB溶液を使って色を確認できるぞ。
アルカリは逆に水酸化物イオンを生み出すんだぞ。
アルカリは水酸化物イオン（$\ce{OH-}$）を生じる化合物だ。
水に溶けると電離して、水酸化物イオンを出すからアルカリ性になる。
「水酸化ナトリウム」や「水酸化カリウム」がアルカリだ。
BTB溶液でもフェノールフタレイン溶液でも色を確認できるぞ。
酸とアルカリは見た目じゃわかりづらいけど、ちゃんと見分けられる方法があるぞ！
という指示薬を使えばわかるんだ。
それぞれ酸かアルカリかで色が変化するんだな。
次の表でその色変化をチェックしておこう！
| 指示薬 | 酸性 | 中性 | アルカリ性 |
|---|---|---|---|
| BTB溶液 | 黄色 | 緑色 | 青色 |
| リトマス紙 | 赤色 | 変化なし | 青色 |
| フェノールフタレイン溶液 | 無色 | 無色 | 赤（ピンク色） |
酸とアルカリ、どっちも似てるようで違うんだな！
見分け方やポイントを押さえておこう。
フェノールフタレイン溶液は、pHによって色が変わる液体だ。
えっ、そもそも「フェノールフタレイン」って何かって？？
こいつぁ、魔法学校で教わる特殊魔法の名前じゃねえぞ。これは、
フェノール（phenol）とフレイン（phthalein）という2つの化合物
に由来するんだ。
この2つがさらに組み合わさってできた化合物が溶けている液体だから、フェノールフタレイン溶液っていう名前なんだな。
酸性やアルカリ性を確認するのに使われるぞ。
酸性のとき、フェノールフタレイン溶液は無色さ。
pHが約0から8.2まででは色が見えないから覚えておこう。
アルカリ性に触れると、一気に赤色に変わる！
pHが8.2を超えて12くらいまでのところで、赤色に！！
ここだけの話、赤色のフェノールフタレイン溶液は綺麗だぞ。
ワインレッドというか、よく見かける大型スーパーの色にも近いような赤だな、こりゃ。
オッケー、以上がフェノールフタレイン溶液の基本さ。
つまり、テストで活躍するにはフェノールフタレイン溶液の色の変わり方を覚えるんだな。
オラが編み出した色の覚え方はこれだ！
賛成（さんせい）した無職（むしょく）、あかりを赤ちゃんに
うん。シチュエーションはだいだいこんな感じさ。
あかりのところは「アルカリ」の「アルカリ」ってことでよろしくな！
リトマス紙って、どんなものかちゃんと知ってるか？まずはこいつの基本をズバッと覚えよう。
リトマス紙は、酸とアルカリを見分けるための紙だ。
その正体は、
地衣類（コケとカビの共生生物）から得られる「リトマス」という天然色素をしみ込ませた紙
だ。それゆえ、リトマス紙っていう名前なんだな。
で、この紙はすごい。なんせ、
酸性に触れると青から赤に、アルカリ性に触れると赤から青に変化するからな。
つまり、リトマス紙は色の変化で性質を教えてくれる、すごい助っ人なんだぜ！
リトマス紙の色の変化の仕組みをもってみるのも面白いぜ！
リトマスに含まれる色素分子が、酸やアルカリと反応すると構造が変化。
結果、吸収する光の波長が変わって、オラたちの目には色が変わったように見えるんだ。
まさに科学の魔法だな！
さて、次は悩ましいリスマス紙の色の変化を、オラと一緒に簡単に覚えていこうぜ。
酸性の場合、青のリトマス紙が赤に変わるんだ。
この覚え方はこうだ。
ルパン三世（さんせい）がきたら青信号が赤信号に
とっつぁんも大喜びだな。これは忘れらんねえだろ！
アルカリ性は、逆に赤のリトマス紙が青に変わる。
オラが考えた覚え方だとこうなるぞ。
あるカリカリ梅が赤から青に
これでアルカリ性もバッチリだ！
さあ、もうリトマス紙の色変化で悩むこともないぞ！
ポイントを最後に復習しておこう。
オッケー、まずはBTB溶液の正体からだな。
BTB溶液とは、
ブロモチモールブルー（Bromothymol Blue, BTB） という酸塩基指示薬を水に溶かした溶液のこと
さ。
「Bromothymol Blue」を略して「BTB」ってこったな。
BTS（韓国の7人組ボーイズグループ 「防弾少年団（Bangtan Sonyeondan）」）と間違えるなよ。
うん。
そして、BTB溶液は酸性やアルカリ性で色が変わるんだ。まずは変化の基本を抑えよう。
BTB溶液は酸性のときに黄色に変わるんだ。
レモンは酸っぱいよな、そこから黄色を連想してくれ！
中性ではBTB溶液は緑色になるんだ。
草原の真ん中、緑の草が中立的な立場って感じだな。中性は平和ってことだ！
アルカリ性のときにはBTB溶液は青色に変わるんだ。
海の水はしょっぱいけど、アルカリ性だ。
その海の色の「青」を思い浮かべると忘れないぞ！
BTB溶液の色をしっかり覚えるためのオラの秘策を伝授するぞ。
オラが生み出した語呂合わせはこれだ ↓
酸っぱい黄色いレモン、中世の街の緑、あるカリカリ梅は青い
このイメージさえ、脳内再生できればこっちのもんさ！
イオン化傾向？それは何かって？オラにまかせろ！
イオン化傾向とは、
金属のイオンになりやすさ
だ！
イオン化傾向が大きい金属ほど、より簡単にイオンになるんだ。
たとえば、ナトリウム（Na）は、塩酸に入れるとすぐに溶けて水素を発生する。
だけど、銅（Cu）はそう簡単には溶けないんだ。
つまり、ナトリウム（Na）と銅（Cu）はイオンになりやすさが違うってことったな。
この金属がイオンになりやすいかどうかを表す順番が、イオン化傾向なんだ。
イオン化傾向の順番はズバリ、
Na ＞ Mg ＞ Al ＞ Zn ＞ Fe ＞ Cu ＞ Ag
だ！
語呂合わせで覚えるのがポイントだぞ！
オリジナルの語呂合わせ、こんなのどうだ？
納豆マグのアルバム全部フェリーで食ってあげる
この語呂合わせは、こんな感じでイオン化傾向の順番に対応してるな。
納（Na）豆マグ（Mg）のアルバム（Al）全部（Zn）フェ（Fe）リーで食（Cu）ってあげる（Ag）。
シチュエーションとしては、納豆専門のマグカップについて歌ったバンドのアルバムを全部フェリーの上で食ってあげる、って宣言があったシーンをイメージしてくれ。
これでみんなもイオン化傾向が頭にしっかり入るはずだ！
ピンときたか？
イオン化傾向とは、
金属のイオンになりやすさ
で、順番は
Na ＞ Mg ＞ Al ＞ Zn ＞ Fe ＞ Cu ＞ Ag
だ。これを覚えてテストを突破しようぜ！
マンガン電池は身近にあるけど、どうやって電気を作るか知らないヤツもいるかもな。
ガンマン電池・・・と間違えるなよ！
おいらと一緒に、マンガン電池の仕組みを見ていこう！
マンガン電池っていうのは、中の材料が力を合わせて電気を作り出してるんだ。
中をのぞいてみよう。
マンガン乾電池の内部には、一極で亜鉛、+極で二酸化マンガンが働いているんだ。
電解質の水溶液は、塩化アンモニウムを含む塩化亜鉛水溶液だ。
この電池の力は、どんな風に流れてるのかな？
電池の中では化学反応が起きているって話だぜ！
一極の亜鉛が酸化され、電子を失って電解質に溶ける。
その電子が電流として炭素棒を通って、+極に移動するんだ。
そこで、+極の二酸化マンガンが電子を受け取って還元され、新しい物質に変わる。
これがマンガン電池の仕組みだ！
マンガン電池の仕組み、ポイントをしっかり押さえよう！
ズバリいっちまうぞ。
一次電池と二次電池の違いはな、
充電できるかどうか
だ！
一次電池は、使い切りの電池だ。
つまり、
充電できない電池
ってことったな。
使うと電圧が低下し、もう元に戻らない。
充電はできないから、使ったら捨てるしかないんだ。
たとえば、次の電池たちが一次電池だ。
二次電池は、充電してくり返し使える電池だ。
つまり、
充電できる電池
さ。
外部から逆向きの電流を流すと、電圧が回復して再利用できる。
これを充電っていうんだ。
たとえば、次のような電池が二次電池さ。
一次電池と二次電池の違いのポイントを次の表にまとめておくぞ。
| 特徴 | 一次電池 | 二次電池 |
|---|---|---|
| 充電 | できない | できる（くり返し使える） |
| 寿命 | 使い切り | 長く使える |
| 身近な例 | 乾電池、リチウム電池、空気電池 | 車のバッテリー、スマホ、ノートPC |
オッケー、一次電池と二次電池の違いはわかったな。
でも、学校のテストではわかっただけじゃ許されねえ。
どの電池が、一次なのか二次なのか見分けねえといけねえな。
そこで、おいらがお前らのために一次電池と二次電池の覚え方を生み出してやったぞ。
一次電池の覚え方はズバリ、
あくまのいうこともに一理あり
だ。
あ（アルカリ乾電池）・く（空気電池）まのいうことにも一（一次電池）理（り）（リチウム電池）あり
二次電池の覚え方はズバリ、
チリチリにいちゃんと虹
だ。
チ（鉛蓄電池）・リ（リチウムイオン電池）チリに（ニッケル水素電池）いちゃんと虹（二次電池）
おっす、それじゃあ早速解説していくぞ！
ダニエル電池は、イギリスの科学者ダニエルさんが1836年に発明した電池だ。
亜鉛板（Zn）と銅板（Cu）を使い、それぞれを硫酸亜鉛水溶液（ZnSO₄）と硫酸銅水溶液（CuSO₄）に入れて作るぞ。
そして、硫酸亜鉛水溶液と硫酸銅水溶液の間をセロハンや素焼き板で仕切るんだ。
すると、次のような仕組みで亜鉛板と銅板に電流が生じるぞ。
ダニエル電池では、硫酸亜鉛水溶液と硫酸銅水溶液の間をセロハンや素焼き板で仕切ったよな？
じゃあ、その役割は何だろう？？
じつはセロハンは、
「仕切りの壁」だけど「イオンは通す」フィルター
なんだ。
セロハンで式っておけば、2種類の溶液が直接混ざらない。
でも、イオンは少しずつ移動できる！
このセロハンさんがないとな、溶液が混ざって、正しく反応が進まず電池にならないんだぜ！
これでダニエル電池もバッチリ理解できたはずだぜ！
レモンの果汁にはクエン酸がたっぷり含まれている。
この酸が「電解質」としてはたらき、電気を流す準備をしてくれるんだ。
レモンに銅板と亜鉛板を差し込んで導線でつなげば、レモン電池の出来上がり！
えっ。なぜレモンが電池になるのかって？？
それは次のような仕組みだ。
この電子の流れこそが電流さ。
つまり、レモンの酸と2種類の金属がそろえば、電気を取り出せるってことさ！
果物電池はどの果物でも基本の仕組みは同じさ。
「酸を含む果汁」＋「異なる2種類の金属板」で電気が生まれるんだ。
ただし、果物ごとに酸の種類や濃さが違うから、電圧や持続時間に差が出るんだな。
ズバリ、酸っぱい果物ほど電池に向いているぞ。
逆に、酸が少ない果物は電流が弱すぎて電池としてはイマイチなんだ。
| 果物 | 電池にできる？ | ポイント |
|---|---|---|
| レモン | ◎ | クエン酸が多く、電圧が安定 |
| グレープフルーツ | ◎ | 果汁が多く、レモンと同じ仕組みで使いやすい |
| キウイ | ◎ | 酸味が強く、電流も比較的安定 |
| オレンジ・みかん | ○ | 酸が少なめなので電圧は弱い |
| トマト | ○ | グルタミン酸や有機酸で電池になる |
| りんご | ○ | リンゴ酸がはたらくが酸は弱め |
| バナナ | △ | 酸が少なく、ほとんど電流が流れない |
| メロン | △ | 甘みが強いが酸が少ないため不向き |
それはね……酸は水に溶けるとイオンに分かれるからさ。
電解質っていうのは、
水に溶けてイオンになり、電流を流すことができる物質のこと
だったな。
酸の正体をもう少し見てみよう。
水に溶けると次のように分かれる。
HCl → H+ ＋ Cl−
水素イオン（H+）と塩化物イオン（Cl−）に分かれるから、電気を運ぶことができるんだ。
レモンやグレープフルーツに含まれるクエン酸も同じ。
水に溶けるとH+（水素イオン）を出して、残りが陰イオンになる。
クエン酸 → H⁺ ＋ （残りの陰イオン）
あれ・・・銅って何もしてない・・・・？
いいところに気がついたな！
実はそこに重要な理由があるんだ。
結論からいうと……
銅はほとんど何もしないから選ばれているんだ。
「えっ、何もしないなら意味ないじゃん！」って思うかもしれないけど、逆なんだな。
銅が選ばれる理由は次の通り。
もし銅の代わりに、電子を出しやすい金属を使ったら……
その金属まで反応しちゃって、電池として成り立たなくなるんだ。
だからこそ、「何もしない＝安定している」銅が選ばれているんだよ。
たとえ話ならこんな感じだ ↓
