NO21-NO30

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NO21. 細菌検査って何を調べているの?

保健所に井戸水を検査に出すと、よく大腸菌が陽性でしたとか、一般細菌数が100を超えたので飲用不適ですと回答があることがあります。細菌検査は何を測っているのでしょうか?上水道の水質検査では一般細菌と大腸菌を測ります。大腸菌は飲料水100ml中にヒトの糞便由来の大腸菌が1個でもあれば陽性になり飲用不適です。

一般細菌は飲料水1ml中にある一般細菌の数を数えます。標準寒天培地と言うコンソメスープを寒天で固めたようなものの中に飲料水を1ml溶かし、37℃で一晩おくと細菌がいたら翌日 目に見えるサイズのコロニーに成長します。このコロニー1個が細菌1個から出発しているのです。コロニーの数を数えて一般細菌数とします。1ml中に一般細菌は100以上あれば飲用不適です。大腸菌と違って一般細菌は多少はいても平気です。一般細菌はけっして全部の細菌数ではありません。ヒトの体温で育つ菌だけを数えています。病原菌などはこの温度で育ちますが、自然の環境、河川や排水はもっと低い温度です。

そこで自然環境に近い20℃で培養する検査方法もあります。この温度で長時間培養すると結構たくさんの細菌が出てきます。この検査を従属栄養細菌と言って、基準値は1ml中2000以下です。細菌は水道水では塩素滅菌では完全に死滅しません。塩素がある間は増殖しませんが、塩素を消すフィルタを通すと、それまで休眠していた菌が増殖を始めます。また熱で菌は死滅するはずですが、土の中には熱に強い休眠中の細菌もいます。

ヨモギまんじゅうを加熱滅菌した製品が保存中に腐敗臭がすると言う調査をしたことがありますが、原料のヨモギの土から汚染したようで、沸騰水で加熱滅菌しても死滅しない菌がいました。一般細菌数は0でも従属栄養細菌が多量に出ることがあります。逆に菌が出なかったこともあります。学校でペットボトルから直に口を付けて飲み残したものを次の日飲むと、菌が増殖しているから注意しようと言うことを保健室の先生が考え実験をしたことがあります。ところが結果は陰性。子どもたちは結構上手に飲んでいるようです。

[ 2015/08/05 ] 『黒姫高原理科教室』 NO21. 細菌検査って何を調べているの?

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NO22. マッチ擦れますか?

前の職場では、実験室に新しく採用する人の面接でマッチを擦ってもらいました。タバコを吸う若者は多いですが、マッチは使いません。木の軸のいわゆる箱マッチを擦ってもらいました。まずマッチを擦ったことがないという若い子が結構います。相手への気配りなのか、自分の方に向けて手前に軸をこする方が多いです。それは、お水の世界のやり方ですと言います。

私の推奨の方法は、まず、擦る前に箱からマッチ棒を出すとき、箱の中で薬の付いた頭が手前になるように持ちます。続いて軸をはじくのではなく、軸にそって力を入れ、手前から向こうに向かって擦ります。実験室では自分の身の安全が第一。危険な作業をする人の正面に立つ人が悪いのです。

若い子の中には、ガスバーナーに火を付けるのが怖くて出来ない子がいます。マッチ棒では短いので着火ライターですが、生ガスが出てから着火する時のボッと言う音が 怖いようです。自動着火のガスレンジしか使ったことがないのでしょう。オートチョークの車しか知らない都会人とチエンソーでチョークを使わないと、エンジンがかからない山暮らしの差です。

西部劇に出てくる、ブーツの底で擦ると火の付くマッチかっこよかったですね。日本では禁止のようですが、マッチの箱に塗ってある点火薬をマッチの火薬の頭に塗ってあるので、堅いとこでこすれば火がつきます。

黒姫では昔ながらのガスコンロを使っています。ガスレンジよりバーナーの口径が大きく火力が強いのでチャーハンが簡単にできます。ただこのコンロは着火が悪く、空気を絞った状態で点火しても全部のバーナーの噴き出し穴に着火しないので、昔のお母さんは手であおいで炎をゆきわたらせていた記憶です。

アルコールランプが学校の理科の実験室から消えたようです。安全上の配慮のようです。確かに私たちから見ても、あのアルコールランプは扱いに注意が要ります。ライターを含め自動着火しか経験のない子(大人も)には怖い器具でしょう。ただし化学実験を仕事とする人には使えないと困ります。アルコールの炎は無色で見えにくいので要注意です。

インディ500と言うカーレースがあります。カーレースではエンジンをかけたまま給油するので火災事故防止のため、ガソリンより引火しにくいアルコールを燃料に使っています。ただアルコールの炎は見にくいので炎が見えるようガソリンを2%混ぜてあるようです。

[ 2015/08/05 ] 『黒姫高原理科教室』 NO22. マッチ擦れますか?

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NO23. 野尻湖の花火の色

先週 野尻湖に恒例の花火大会を見に行きました。その花火の色の話です。 前回の話でアルコールの炎は無色、ガソリンは赤っぽい色と言いました。ガスコンロや灯油ストーブは空気の量でオレンジや青になります。ろうそくの炎は黄色く輝きます。これらはみな炎の中で煤が光っているのです。

ちなみに岩波文庫にファラデーのろうそくの科学と言う名著がありますが、ぜひ読んでみてください。この理科教室もろうそくの科学がお手本なのです。 薪ストーブの炎が紫色に揺らいでいるのは全く別の理由です。

アルコールランプの炎は無色ですが、この炎に食塩水の霧をかけると黄色く光ります。カリウムの溶液では紫。銅線を入れると緑の炎。食塩はナトリウム、薪など木材の灰にはカリウムが含まれています。火薬にこれらの元素を加えてやると固有の光を出します。赤はストロンチウムと言う元素。こうした元素の入った薬品を火薬に混ぜます。これが花火の色の原理。でもちょっと色のバリエーション少ないですね。

前に水中に鉄のイオンが入っていると空中の酸素で酸化されて、黄色や緑になると書きました。鉄イオンは酸化されないと薄緑。酸化されると黄色になります。 焼き物の色が、鉄の釉薬を還元炎で焼くと緑、酸化炎で焼くと褐色になるのはこの原理です。鉄イオン単独でなく他の成分と結合し化合物を作ると色はより複雑になります。 ベルリン青とかプルシアン青と言った青インクの顔料はこれです。多くの油絵具の顔料は、コバルトやカドミウム、ニッケルなどの化合物です。

鉱物や宝石の色は複雑です。ただの石ころと思うか、いろいろの色があると感じるかは個人差です。地球上にたくさんある鉱物、石英(水晶)は透明なシリカの結晶です。長石と言う鉱物はシリカとアルミニウムが成分で白色です。これらの無色の鉱物にわずかに鉄などが加わるといろいろな色になります。

有機物はいろいろな色素があり天然色の世界、一方無機物、鉱物の世界は色の無い世界と思い込んでいるかもしれませんが、分解しやすい色素とは違い、鉱物からできた顔料や宝石の色は不変です。

[ 2015/08/05 ] 『黒姫高原理科教室』 NO23. 野尻湖の花火の色

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NO24. 都会の水道水は、温くてまずい?

水道水のおいしさの原因は成分だけでなく水温にもあります。黒姫高原の水道水は夏でも冷たいです。都会で飲む水道水はぬるま湯に近いことがあります。以前はもっと冷たかったはず。とくに大きな建物の中の水道の蛇口の水は温いです。一戸建ての家庭の水道水は上水道の配管から蛇口まで直結していますが、大きな建物ではいったん水道水を貯水槽に貯めます。

水道水はまず建物の地上や地下で受水槽という大きなタンクに貯められます。そこからポンプで建物の屋上にある水槽に貯めた後、落差の勢いで各階の水栓(蛇口)に配られます。

この屋上のタンクを高置水槽と呼びます。(屋上に直接設置したものを高置水槽、やぐらを組んでさらに落差を付けたものを高架水槽と呼ぶこともある)

ポンプでいったん屋上に上げる場合、水道水の圧力では3階以上に上がらないことが有ります。しかし、ポンプで直接各水栓に送ると、蛇口を開くたびにポンプのスイッチが入るので、ポンプが壊れてしまう事がよく有りました。今のポンプは壊れないので屋上にタンクを載せない建物が増えました。

受水槽にいったん貯めるのは別の理由です。水道料金は配管の口径で決まります。水の使用量は時間により変動するので、小さな口径でタンクにちょろちょろ貯めて置いた方が基本料が安いです。この受水槽に上水道の配管は直結していません。一戸建ての水道は浄水場から台所の水栓まで直結しています。そのため蛇口まで水質が保証されています。

受水槽は水槽の水面と流入する水道管にたった10センチですが隙間を空けるのが義務付けられています。水道法はここで終わりです。そこから先は水質基準は適用されません。受水槽の容量で法律が変わってきます。小さなものには基準無しです。100トンを超えると浄水場と同じ法律が適用されます。たいていのビルはこの中間です。

昔はみんな水道水をよく飲みました。今はペットボトル。トイレも節水。受水槽のサイズは1日で中の水が入れ換わる量が目安で、屋上は1日で3回入れ換わるのが目安でした。ところが最近は水を飲まない、使わない。学校ではさらに児童、生徒数が減る。前の週に水槽に溜まったままの陽に当たって温い水を月曜に飲んでいるのです。予算がある学校では少子化で児童、生徒数の減少に合わせて水槽を小さくしています。

都会では一戸建ての水道も温くなっているようです。水道管は法律で埋める深さが決まっています。長野県の方は分かっていますが、冬の凍結防止のため不凍層の深さまで埋める規則です。凍結以外にも車の振動対策。都会でも30センチより深く埋める規則です。これを守らない業者の施工にあうと地面近くの温まった水道水を飲まされす。

[ 2015/08/06 ] 『黒姫高原理科教室』 NO24. 都会の水道水は、温くてまずい?

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NO25. 行政のHPで全国の水道の水質が判ります

マンションの横にある巨大な受水槽(以前は地下に水槽があったが法律で禁止されました。)を見て、こんなこと考えませんか?。震災で断水になった時、ペットボトルの配給を待っているのを見かけるが、受水槽は当然耐震設計、この水を分けたあげたら?当然役人も考えます。しかし、答えは・・・法律上できません。前回話した様に、いったん水槽に貯めた水道水には、水道法の水質基準の保証は有りません。

1日前の水で塩素滅菌の効果が無くなっているかも知れないのです。普段は平気で飲んでいるのに、緊急時には外部の人が飲めないって変ですね。でも我が国の法律はそこまで安全に気を使っているのです。

ついでに法律の話を続けると、前回受水槽の容量で法律が変わると言いました。5トンまでは適用なし。安全に気を使う努力義務だけです。5トンから10トンまでは小規模貯水槽水槽と言う法律が有り、少し検査義務があります。10トン以上は簡易専用水道と言う法律。(業界では水道法34条に規定があるので、34条と呼んでいます。

一方普通の水道水は20条です)毎年施設の検査義務があります。さらに100トンを超えると専用水道になり浄水場と同じ扱いになります。水道管が受水槽に入る入水管にたった10センチの落差、空間があるので、水はつながっていないので、法律も別なんです。ちなみに20条水道と呼ぶ普通の水道もその規模で上水道と簡易水道に分かれます。同じような名称で役人は覚えれるのでしょうか?。

水道の管理は役人に任せて、私たちはそのデータを見ることができます。水道法ではすべての自治体は毎年 管理計画を立て、毎月原水(河川や伏流水、湧水の井戸ごとです)の水質と浄水場から出る水、浄水の水質検査をすることになっています。水質検査の項目も水道水質基準と言う50ほどの項目以外に、管理目標となる多くの項目があります。それらの項目を自治体は公表する事に成っています。各市町村のホームページ、あるいは企業局のホームページにあります。

そこで 管理計画を開くと、毎月どの水源の検査をするかの計画、自分で検査出来ない自治体にも外注して検査義務があります、と過去の検査結果が出ています。一度自分の飲んでいる水質を見てください。値の見方はこの教室で教えます。

[ 2015/08/06 ] 『黒姫高原理科教室』 NO25. 行政のHPで全国の水道の水質が判ります

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NO26. 水道水の金気味と鉄分の除去

黒姫の山小屋の水道水はわずかに鉄の味がします。いわゆる金気味です。 金気味は赤水と同様に建物の水道配管内の錆が原因であることもあります。古い水道配管施工では鉄管が使われました。黒姫高原では水源の原水を処理せず、そのまま浄水に使っているのも理由のようです。

水道水質基準には、色度、濁度という項目があります。こんなことがありました。水質検査のため水栓から採水した水を都合により次の日に検査すると、水道法では直ちに検査する事に成っていますが、茶色く濁っていて色度も濁度も基準不適、そのように結果書を出すと依頼者から、うちの水は透明ですとクレーム。もともと地下水には地層中の鉱物の鉄が炭酸を含んだ雨水に溶かされ、鉄イオンとなって含まれています。

酸素の無い地下では鉄イオンは還元状態の無色ですが蛇口から出て空気に触れると、空中の酸素で酸化されて黄色いイオンになります。さらに水酸化鉄になって沈殿物を作ります。水質基準の鉄の濃度は酸化されても変わりませんが、1日置いたために色度が基準を超えてしまったのです。これは検査ミスです。

水道水の原水の鉄の除去方法もこれと同じ原理です。水中の鉄イオンを最終的に水酸化鉄の茶色い沈殿物として除きます。浄水場には急速ろ過と緩速ろ過があると前に話しました。急速濾過では薬品で沈殿させますが、緩速ろ過では微生物の力でろ過します。

炭酸カルシウムのスケールも排水配管では管を閉塞させる悪役でしたが、水道配管では配管内部の被膜となって保護する善玉でした。排水配管に溜まる錆こぶを作る鉄バクテリアがここでは役立ちます。緩速ろ過池のろ過砂の表面に付いた鉄バクテリアがゆっくりと水中の鉄イオンを水酸化鉄として取り込むので、鉄分が除去されます。

黒姫高原の湿地でも同じ現象が起きています。地下水中の鉄イオンが鉄バクテリアによって水酸化鉄の沈殿に変わります。これが何万年と続き、黒姫の褐鉄鉱が製鉄に使えるほど堆積し貯まったのです。同じ鉄鉱石の磁鉄鉱などは溶岩からできたのですが褐鉄鉱は配管の錆こぶと同じなのです。

[ 2015/08/07 ]  『黒姫高原理科教室』 NO26. 水道水の金気味と鉄分の除去

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NO27. 水道水の塩素滅菌を嫌うのはなぜ

日本の法律では、水道水とプールの水は共通の水質基準です。(同一ではありません)水道水を使ったプールでも、再度塩素を注入してプール水中では細菌が死滅する濃度にしなければなりません。水道水に塩素を入れるのは法律で決められています。よく、日本の水道は塩素を入れないおいしい水だったのに、マッカーサーがカルキ臭い水にした、と言う方がいますが、少し間違っています。

 

塩素が消毒作用のあることは明治の昔から解っていましたし、水源の消毒にも使われていました。浄水場で塩素処理をするのは明治から行われていました。ただ、今の水道法にある、水道水は常に0.1ppm以上の塩素濃度を保証しなけらば成らなくなったのは敗戦後です。それまで細菌汚染した水源の消毒用と考えられていた塩素滅菌が、水道の配管内でも菌が増殖しないことと言う考えに変わったのです。海外に行くとわかりますが、どこの国でも水道水を生で飲めるわけではありません。

水道水をいったん受水槽に貯めると、塩素は、水中の汚れ、配管の錆、太陽熱で分解します。せっかく滅菌した水も、全く無菌ではありませんから、条件がそろうと細菌がまた繁殖します。そこで水道局はビルの受水槽に水道管が注ぐ落下口に吐水空間と言う隙間を作り、水道局の保証はここまで、ここから先は持ち主が管理しなさいと言うのです。

学校などでは塩素濃度が下がらないように受水槽にさらに塩素を点滴する装置を付けるとこがあります。逆にカルキ味を消すとか、塩素は発がん性(間違いではありません)が有るからと、浄化フィルターを売る業者がいます。塩素が消えた水道水は、水道水の水質の保証は無いので、雑菌が繁殖しますけど大丈夫?

なにか あの額のせまい軍隊好きの人の考えに似てませんか。占領軍が押し付けた憲法と塩素という同じ発想。人類が科学的に見つけた塩素滅菌の小さな問題点を拡大して塩素滅菌を悪もの扱い。水道水がまずいのは塩素滅菌のせいではありません。逆に信濃町のように浄水場が無くてもおいしい水道水を供給できます。水道水をおいしくするのは、まずきれいな水源を確保するのが先です。

[ 2015/08/07 ]  『黒姫高原理科教室』 NO27. 水道水の塩素滅菌を嫌うのはなぜ

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NO28. LAS あるいは界面活性剤について

水道水の水質基準の項目は50ほどありますが、その中に陰イオン界面活性剤と非イオン界面活性剤と言う項目があります。環境問題をやっている方には表題のLASとかABSとか言った方が分かりやすいかもしれません。

界面活性剤には石鹸やABS(アルキルベンゼンスルフォン酸)などの陰イオン系のものと、消毒に使う逆性石鹸などの陽イオン系のほか、シャンプーなどに入っている何とかエーテルと言う名称の非イオン系があります。 参考までにLASはABSが生物分解しにくい枝状の分子なので、分解しやすい直線状(Lはリニアの頭文字)にしたもの。水道ではこのうち陰イオン系と非イオン系を調べています。

10年以上前までは、界面活性剤は陰イオン系だけを調べていました。当時は水源の河川が家庭排水のために泡立っていたりしました。それで合成洗剤の成分のABSを取りあえず測っていたのです。合成洗剤の河川への流出は減ったようですが、現在界面活性剤は産業のいろいろな分野で使われています。食品にも使われます。そのため分析法も変わり、いろいろな種類の成分をそれぞれクロマトグラフと言う装置で調べるように変わりました。ただし問題があります。

非常に性能の高い分析方法ですが、基準値程度の濃度の界面活性剤の入った水は、振ってやれば泡が立つのです。ベテランはまずサンプルを振ってみます。ひとつ悪知恵を教えます。昔、公害と言う呼び名の頃には多摩川に家庭洗剤が流入し泡まみれになったとニュースで伝えられた時代でしたが、その後泡のニュースは無くなりました。

産業では各種界面活性剤を使いますが、陽イオン系で泡立てた水に陰イオン系を混ぜると泡が無くなります。毎度のように水道水中の有害成分の事は公務員にさせれば良いので、私たちは界面活性剤を使う側で考えます。

黒姫高原の水道水で気になることは、味ではなく硬度が高いためにシャンプーの後のごわごわ感。硬度の成分のカルシウムが洗剤とくっつくため洗剤が消費されたり、石鹸カスができて残るため、汚れがうまく落ちません。これは石鹸でなくてもシャンプーでも同じで、硬度の高いヨーロッパのシャンプーの成分を調べてみたいです。

一方洗濯機はうまい仕組みのようです。石鹸カスができると、洗剤は汚れだけでなく、この石鹸カス(金属石鹸)も包み込みます。すすぎで洗剤が無くなると、この洗剤に包まれていた汚れがまた水中に戻ってしまい、衣服に付きます。洗濯機はすすぎの時、いったん脱水して洗剤と一緒に石鹸カスも振り飛ばします。そこに真水を入れてすすぐので硬水でもきれいに洗えるのです。そういえば、昔の教科書に硬水は石鹸の溶けが悪いと、間違った記載がありました。

[ 2015/08/14 ]  『黒姫高原理科教室』 NO28. LAS あるいは界面活性剤について

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NO29. シンクや洗濯機のピンクの付着物

上水道を使っている洗濯機の内部にピンクの着色物が付いたのでこれは何ですか?と言う質問が昔ありました。これで思い出すことが有ります。

プールに藻が生えて緑色になることがありますが、ある学校で夏の暑い日の朝、プールがピンクになったと言うのです。顕微鏡で調べたらヘマトコッカスという藻でした。 普段は藻なので葉緑素で緑ですが、増殖すると赤い色素を作ります。 自然界ではありふれたアスタキサンチンという色素です。鮭もプランクトンのこの色素のためにピンクに染まっていますが、分類では白身魚です。プールで赤潮が発生したのです。

水道局などのホームページを見ると、水道水が白く濁る場合、赤い場合、青い場合、黒い水が出る場合は?と言ったQ&Aがよく載っています。みんな同じような記載ですが。 赤水なら鉄分、青は銅、黒ならマンガン、白は亜鉛、白でもしばらく放置すると消えるのなら空気の混入の泡です、とオチまで同じ。でもこれを信じるのは役人とHPの読者だけ。

たとえば青色は銅イオンと書いてありますが、実験で銅を酸で溶かすと青い溶液が出来ますがこの時の銅の濃度は数%、水質基準の濃度、PPMオーダではプロでも無色としかわかりません。 検査機関はたいてい細菌試験室と理化学試験室に分かれていて、それぞれベテランが居座っています。

先ほどのようなピンクの付着物は異物と呼びますが、このサンプルが来るとそれぞれ自分の土俵、細菌屋は細菌ではないかと、理化学屋は化学物質だろうと考えます。 それぞれ自分の手柄にしたいのです。排水の場合は細菌も化学物質も濃度が高いので結構、見ただけでベテランならわかりますが、水道水では濃度が低いのでかなりのベテランでないと、測定機器の助けを借りてもわかりません。

昔の水道局にはビーカーの水を見ただけで成分濃度がわかる神様が各地に居たそうです・・・。 そのかわり機器の進歩はすごく、FTIRと蛍光X線と言う2つの測定器を使うと、例えば蛇口から出た0.5mmほどの黒いかけらが水道のパッキンのゴムの破片、それも中国製ということまで分かるようになりました。

最初のピンクの付着物は細菌試験室の手柄で、細菌の一種です。ピンク色の金属イオンはコバルトだからと考えた理化学屋は、コバルトの発生源どこにあるの?から勉強してください。

[ 2015/08/14 ]  『黒姫高原理科教室』 NO29. シンクや洗濯機のピンクの付着物

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NO30. 蒸留水の常識

きれいな水とはどんなものでしょう。不純物の無い水のことでしょうか。 化学では、純粋な水とは、不純物だけでなく、あらゆる成分が溶けていない水を言います。 時々ブログで間違った使い方、不純物を除いた純水と言う言葉を見かけますが、それは常水です。

純水の作り方はまずは蒸留です。昔、化学者が何も溶けていない純粋な水を作ろうと、 蒸留を10数回繰り返し、ほぼ何も溶けていない水をつくり、性質を調べました。

今では蒸留以外にいろいろなろ過方法があり、その方法で蒸留水、イオン交換水、逆浸透水などがあります。一番混ざりものの少ないのは超純水と呼びます。 超純水は何も溶けていない魔法の水で、逆にものを溶かす性質が強力と言った記事を見かけます。

これは化学を知らなくても論理的におかしいことが分かります。 超純水は蒸留水から残った微量の成分をさらに除いたもの。 もし何か少しでも溶ければただの蒸留水に戻ります。何でも溶かすわけではありません。

もう一つ、実験室での常識とブログの差の話。 生物学者は細胞を扱うのに血液と同じ濃度の食塩水(生理的食塩水)の中で扱います。 この細胞を蒸留水に入れると濃い細胞液を薄めようと外から蒸留水が入り、細胞は膨れて破裂。 これをオスモショックと呼びます。では蒸留水の中に指を入れたら指は破裂?実験室で使う水は通常蒸留水、素手で扱っていますが何も起きません。

蒸留水を飲むと体に悪い?超純水では死ぬ?そんな記事もあります。 超純水を口に含んだとたん、唾液が混ざりただの水になります。 超純水は蒸留水の極微量成分を除いたものですから、唾液が1滴入ればもう超純水ではありません。

超純水ってホントに何も溶けていないのでしょうか? 不純物を除き、空気中の炭酸ガスが溶けているのもヘリウムガスで爆気して追い出します。 でも絶対に除けない成分があります。水の分子は水素と酸素でできています。 この分子はわずかにイオンに分かれています水素イオンと水酸イオンです。

先の昔水を10回以上蒸留した化学者も結局この水素イオンを除くことができないとわかりました。 水の酸性を示すpHは中性は7です。7だけ水素イオンが存在すると言うこと。超純水も中性ですから7です。

[ 2015/08/15 ]  『黒姫高原理科教室』 NO30. 蒸留水の常識

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