理科のこと、環境ニュース

　有機化学のアルデヒドの項では、アルデヒドには還元性があり、この還元性は銀鏡反応やフェーリング液の反応で確認できることを学びます。

この銀鏡反応ですが、全く文字通り試験管の内側に銀がキレイに付着して鏡のようになる反応です！

でも見てるだけじゃツマラナイので、持ち帰れる小さな鏡を作ってしまおう！ という実験を先日行いました。

単体金属の銀をガラス面均一に析出させるために、銀アンモニア錯イオンを作っておいてこれにブドウ糖水溶液を混ぜます。

ブドウ糖は３種の異性体の混合物として存在しているんですが、これら異性体のうち１つにアルデヒド基（ホルミル基）があり、このアルデヒド基の還元性によって銀のイオンが銀に還元されて析出するという仕組みです。

錯イオンの形態の銀イオンを使っていますが、基本的な考えは

　Ａｇ^＋ ＋ ｅ^ー → Ａｇ

ということですね。

ガラス面にキレイに銀を析出させるには、Ａｇ^＋より［Ａｇ(ＮＨ_３)_２］^＋が適しているということなんです。

ちなみに銀の電解メッキ工場では、［Ａｇ(ＣＮ)_２］^ーを使うので、この原料である猛毒の青酸カリ（ＫＣＮ）の話題が出てくる訳です。

　さて、鏡づくりですが・・・ 

キレイな鏡を作るための工夫だと思いますが、塩化スズＳｎＣｌ_２を補助剤として使っています。

スズイオンはＳｎ^２＋よりＳｎ^４＋の方が安定なので、ＳｎＣｌ_２は還元剤として働きます。

つまりここでのＳｎＣｌ_２はブドウ糖と共に銀イオンを還元していることになります。

ガラスですが、スライドガラスを流用してまずはこのように細工しておきます。

銀がガラス片面だけに析出するようにするためです。

銀アンモニア錯イオン溶液は、硝酸銀溶液にアンモニア水を加えていくだけで作れます。

硝酸銀溶液にアンモニア水を少量加えると酸化銀Ａｇ_２Ｏの褐色沈殿が生じます。

　２Ａｇ^＋ ＋ ２ＯＨ^ー → Ａｇ_２Ｏ↓ ＋ Ｈ_２Ｏ

このあと、この酸化銀の濁りがちょうど消えるところまでさらにアンモニア水を加えていくと、

銀はすべて銀アンモニア錯イオン［Ａｇ(ＮＨ_３)_２］^＋ に変化し透明溶液となります。

　Ａｇ_２Ｏ ＋ ４ＮＨ_３ ＋ Ｈ_２Ｏ → ２［Ａｇ(ＮＨ_３)_２］^＋ ＋ ２ＯＨ^ー

これ以上アンモニア水を入れると銀鏡反応の感度が落ちるので、入れ過ぎないように注意します。

すみません！ この後の途中経過の写真がないんですが、仕上がった鏡はこんな感じになりました。

そしてこれは、自分が慌ててテキトーな操作で使った失敗作！（笑） 

これじゃあ全然ダメですね・・・

この実験は原理はシンプルなんですが、随所に「コツ」が必要なんですね！

　最後に実験後の片づけでの注意点があります。

この実験では、不安定な雷銀という爆発性の物質が生じやすくなっています！

これを避けるために実験後の廃液は食塩水と混ぜて処理します。

銀イオンが食塩水と混ざることで安定な塩化銀ＡｇＣｌが生じるので、この状態の廃液としてから処理業者に引き取ってもらうようにします。

　一酸化炭素（ＣＯ）中毒から命を守るためにはどうすればいいのか。

「室内で火災が起きた時は、とにかく低い姿勢になり、出口へと急いでほしい」

　火災が発生した室内では、煙が充満する。

視界が遮られるだけでなく、ＣＯや炭素の粒子を吸い込むことで呼吸ができなくなる。

このため、出火に気づいた際には煙を避けるため、

できるだけ低い姿勢になり、ハンカチやタオル、衣服などで口や鼻を押さえて壁伝いに避難することが大切だ。

煙が広がった場合は、空気層が残る壁と床の隅に顔を近づけて呼吸しながら逃げることも考える。

　ＣＯを除去する効果は、ハンカチなどを水でぬらしても期待できないという。

「気道の熱傷を防ぐ効果はあるが、よほど炎に近い場所でなければ意味がない」

「ハンカチをぬらす時間があれば、まずは逃げてほしい」

　リチウムイオン電池の発火事故は、民生機だけでなく、さらに信頼性を求められる業務用産業用の機器などでも起きてきました。

最近は改良が重ねられ、発火事故は激減したのではないかと思います。

しかし、活性が極めて強いリチウムを使う電池ですから、元々危険性を持っているということなのです。

枕もとのスマホ、職場に置いてあるモバイルバッテリー、家族に贈ったブルートゥーススピーカー・・・

これらが、夜、留守にしている時、日射を受けて高温になっている時、等々・・・

発火する恐れがないか、いつも気になっているんです。

「取り扱いに気を付けなければならない電池」である、ということを気に留めておくべきだと思います！

最近の、以下の記事を読んでみて下さい。

ここでは、純正以外の規格外の充電器を使って起きた事故が紹介されています。

　スマホなど携帯端末に使われるリチウムイオン電池から出火する火災が都内で相次いでいる。

昨年を上回るペースとなっているため、東京消防庁が注意を呼びかけている。

同庁によると、製品別の内訳では、

　①モバイルバッテリー２０件

　②スマホ等携帯電話１４件

　③コードレス掃除機７件

の順に多かった。

リチウムイオン電池が原因の火災は近年増加している。

　５月に都内の住宅であった火災では、リチウムイオン電池を使う電動モップに他社製の充電器を用いたところ出火し、２人がけがをしたという。

東京消防庁は「メーカー指定の純正品を使い、充電中に熱くなるなどの異常があった際は使用をやめてメーカーや販売店に相談してほしい」としている。

　机上で勉強したことが、実際はどういった変化となって、見たり匂いを嗅いだりして実感することが出来るのか？

こういうことを体験できるのが実験という訳なんですが、実験を行う時は操作も簡単で、実験している人が「あーそうだよな！」と実感出来るやり方を確立させなければいけません。

そこで、実験書やWeb情報など活用して調べるんですが、最終的な現場（実験室）での知恵もすごく重要になると思っています！

現任校の実験についてなんですが、実験方法がとても良く考えられていて、改良も随所に施されていることをいつも実感しているんです！

今回は電気分解の実験を４種類行いましたが、生徒たちにとって結果も分かりやすく実感できたのではないかと思っています。

まずは、塩化銅（Ⅱ）ＣｕＣｌ_２ 水溶液の電気分解です。

この溶液中では、ＣｕＣｌ_２ が Ｃｕ^２＋ と Ｃｌ^ー に電離して、これらのイオンが水中を漂っています。

そしてこれらのイオンが各電極に引き寄せられ、次のような反応が起こります。

　陽極（＋）　２Ｃｌ^ー → Ｃｌ_２ ↑ ＋ ２ｅ^ー （気体の塩素が発生）

　陰極（ー）　Ｃｕ^２＋ ＋ ２ｅ^ー → Ｃｕ （金属銅が析出）

こんな感じですね！

これを実感できる実験ですが、下を見て下さい。

この００６Ｐ乾電池（懐かしい！）を使えばワンタッチで電圧をかけられますし、配線も不要ですね。

また、この細い紙はヨウ化カリウムでんぷん紙という酸化力のある物質を検出する試験紙です。

この実験ならピンセットではなく指先でつまむ操作で充分でしょう。

とても分かりやすい結果が確認出来ていますね！

陰極には赤っぽい金属銅が付着していますし、陽極から発生した塩素ガスの酸化作用によってヨウ化カリウムでんぷん紙が青紫色に変色しています。

塩素ガスは臭いでも確認出来ていましたが、発生した量はごく僅かで問題は起きませんでした。

次は、ヨウ化カリウム ＫＩ 水溶液の電気分解です。

この溶液中では、 ＫＩ が Ｋ^＋ と Ｉ^ー に電離してこれらのイオンが水中を漂っています。

　陽極（＋）　２Ｉ^ー → Ｉ_２ ＋ ２ｅ^ー （固体のヨウ素が析出）

　陰極（ー）　Ｈ_２Ｏ ＋ ２ｅ^ー → ２ＯＨ^ー ＋ Ｈ_２ ↑ （気体の水素が発生）

こんな感じです。

陰極では気体の水素が気泡となっていますし、このあと陰極付近にフェノールフタレイン溶液をたらすと、ピンク色（赤色と覚えて下さい）に変色しＯＨ^－の生成が確認出来ます。

一方の陽極では、固体のヨウ素Ｉ_２が生じたあとすぐに水中のヨウ化物イオンＩ^ーと結合してＩ_３^－となり、このために褐色となるのです。

Ｉ_２だけなら濃い紫色が現れるはずですね。

このようなシンプルな実験器具なんですが、炭素棒を固定するセパレーター、試験用の指示薬や溶液を入れたプラスチック製の小容器、時間を測る小さな電子式ストップウォッチなど、毎回の実験で有難さを感じる細かい配慮がなされているんです。

いつも有難うございます！！ 

　金属は陽イオンになりやすく、金属が陽イオンになる時に電子を押し出します。

金属によってこの電子を押し出す強さが異なるので、２つの異種金属を電解質溶液に浸すと、これら２つの金属電極に電位差が生じることになります。

この電位差が電池の起電力に相当します。

　食塩水で湿らせたろ紙の上に、亜鉛Zn、鉄Fe、銅Cu、マグネシウムMg、

の４つの金属を置き、デジタルマルチメーターで電圧を測定する実験を行いました。

デジタルマルチメーターですが、今回使用したのはそれほど高価なものではないそうですが、この実験には性能的に充分なようです。

旧式のアナログ電圧計だと、内部抵抗がそれほど大きくないので電圧が上手く測定できないと思います。

今回の実験での測定値は小数点以下３ケタも表示してありますが、実験方法がややラフだったこともあり、測定値はそれほど正確ではありません。

まあ、おおよその傾向は読み取れたと思います！

　コロイド粒子は、通常の無機質の分子やイオンの１０～１０００倍の大きさがあります。

食べ物は、コロイドやコロイドが固まって出来たものがとても多いんです。

牛乳、スープ、ゼリー、豆腐、そしてクリームなんかもコロイドなんですね！

さて、コロイド粒子は大きいのに沈殿せず媒質（水など）中を漂っていられるのは、コロイド粒子が同種の電荷を帯びていて、大きなかたまりにならないからなんです。

無機質のコロイドで見やすく簡単に実験できるのは、水酸化鉄(Ⅲ) Ｆｅ(ＯＨ)_３を使ったものでしょう。

沸騰水に塩化鉄(Ⅲ) ＦｅＣｌ_３ 水溶液を少量たらすだけで 赤褐色のＦｅ(ＯＨ)_３コロイドが生成します。

これをセロハンチューブの中に入れて、セロハンチューブごと水中に浸したものが下の写真です。

セロハンはポリ袋（ポリエチレン製の袋）と違って小さなすき間が無数に存在しています。

このセロハンのような膜を半透膜と呼んでいます。

コロイド粒子はこのような半透膜の小さなすき間をくぐり抜けられません。

ですから、水やイオンなどの粒子はセロハンのすき間を通過できますが、コロイド粒子はセロハンチューブの外側に出ていけないんです。

これを利用した上の写真のような操作を透析と呼び、コロイドの精製などに使われます。

人体内の腎臓でもこれと同様のことが行われていて、血液中の老廃物だけが腎臓内の半透膜を通って尿として体外に排出されるようになっているんです。

腎臓の機能が著しく低下してしまった時に行われる人工透析では、体外に血液を導いて人工腎臓装置に透析を行わせている訳ですね！

　タングステンと言えば、白熱電球のフィラメントの素材として教わったのではないかと思います。

フィラメントに電流が流れると、ジュール熱が発生しフィラメントが高温になって眩い光を放つ訳です。

ですから、「タングステンは高温に耐える融点が非常に高い金属」ということなんですが、他の物性はどうなのか？

昨日、突然タングステンのインゴットを見て触れる機会があったんです！ 

この純粋なタングステンのインゴットは、１辺が２．５ｃｍの立方体です。

すると体積は、（２．５ｃｍ）^３ ≒ １５．６ｃｍ^３ ですね。

そして、持ってみて凄くビックリしたんですが、ずっしりと重いんです！

実際の重さはどれくらいあると思いますか？

では、重さを量ってみましょう！

ちょっとビックリしました！

２９３．３ｇですよ！！

最初ケタを見間違えているのかと思いました。（２９．３３ｇじゃあ軽すぎですが）

密度を計算してみましょう！

２９３．３ｇ／１５．６ｃｍ^３　≒ １８．８ｇ／ｃｍ^３ となりました！

（正確な公表値は１９．３です）

他の身近な金属の密度ですが、

鉄が７．９、鉛が１１．３ですから、タングステンの１９．３はかなり大きな値だと言えます。

実際に手で持ってみると、その重さにビックリすると思います！

もし興味があれば、是非実際に手で持ってみて重さを肌で感じてみて欲しいんです。 

　勤務校の授業でセッケンを作る実験を行いました。

セッケン作りは久しぶりでしたが、牛脂（ヘット）、ヤシ油（ココナッツオイル）、ヒマシ油の混合油脂に水酸化ナトリウムを反応させる一般的な方法で作りました。

上の２つの液体には色が付いていて、色も違います。

これは、出来たセッケン素地に糖を入れ温度を上げ、糖を少しだけ焦がすことで色を付けています。

色が濃い方はブドウ糖を使っています。

この２つのセッケンを容器に２段重ねになるように流し入れて、プリンのようなセッケンに仕上げています。

面白いでしょう？

このようにセッケンは割と簡単に作れるんですが、品質のいいセッケンを作ろうとするとちょっと難しいんです。

セッケンを作る時の反応は、

　油脂 ＋ 水酸化ナトリウム　→　 高級脂肪酸ナトリウム ＋ グリセリン

のように進み、「高級脂肪酸ナトリウム」がセッケンの本体です。

同時に生じるグリセリンは、肌触りを良くする効果も期待出来るので取り除かない方がいいでしょう。

さて、この反応で、油脂が過剰だと生成物には油脂が含まれ脂っぽいセッケンになるので良くないですね。

また、水酸化ナトリウムが過剰だと生成物に残った水酸化ナトリウムが含まれてしまい、人体には使えないセッケンになってしまいます！

しかし、どちらの原料も反応に過不足なく計量するのは簡単ではないし、適量混合出来たとしても混合物質は１００％反応せずにごく少量残ってしまうようなんです。

上の写真を見ると、出来た液体は薄い褐色の均一な透明溶液になるので、反応は完結しているように見えるんですが・・・

そこで、ずっと考えてきたのは、

この反応（けん化）を起こすために、水酸化ナトリウムではなく、炭酸ナトリウムが使えないかということです。

炭酸ナトリウムなら過剰に使って残ったとしても、人体への影響が少ないでしょうから。

以前、炭酸水素ナトリウムを使って２晩ほどかけて反応させるよう試みたんですが、全く反応しませんでした。

このけん化反応を開始させるには水酸化物イオンＯＨ^－が重要な働きをします。

炭酸水素ナトリウムの加水分解によって生じるＯＨ^－は非常に少ないので（塩基性がごく弱いので）、より塩基性の強い炭酸ナトリウム水溶液なら上手くいくのではないかという見通しです。

元々セッケンは、肉の脂身に灰（炭酸カリウムが含まれる）が降りかかって偶然に発見されたと言われています。

また、ケイ酸ナトリウムを使って作る例も紹介されています。

ですから、油脂と炭酸ナトリウムでも上手く行きそうだと思っているんです。

でもネット検索してみると、灰でセッケンを作る例は見つかるんですが、炭酸ナトリウムで作る例は見つかりません・・・

ちょっと挑戦してみようと思っているんです！

　月の出から気にしていて、南東の空を見上げていましたが、さっぱり何も見えません。

２０時１０分から屋根に上ってみましたが、どこにも月が見えない！

高度が低くて我が家からは見えないのかも？　と思っていたら、信号灯を点滅させながら飛んでいる飛行機が見えないんです。

思ったより雲が出ていたんですね・・・

どうしようもないので、家の中に入ってYoutubeの北海道なよろ市立天文台きたすばるライブカメラの配信を見ました。

 https://www.youtube.com/watch?v=ifhz3GO_Qs8

全国的に厳しい観測だったようなので、これが参考になりますね！

あと、沖縄では、赤銅色の変化が見られたようです。 

我が家の屋上からは、２０時５９分のこの写真が精いっぱいでした！

　２６日水曜の夜、のぼってくる月は、満月です。

この日の満月は、特徴が２つあります。

１つは、皆既月食が起こるということです。

皆既月食は、月が赤銅色と呼ばれる、赤黒い色に見えて、今回の皆既月食は、天気の条件さえ良ければ、全国で観察することができます！

国立天文台によりますと、月は１８時４４分ごろから欠け始め、

皆既食の始まりは２０時９分ごろ、

皆既食の最大は２０時１８分ごろ、

皆既食の終わりは２０時２８分ごろ、

欠けた部分が小さくなっていって、部分食が終わるのは２１時５２分ごろです。

もう１つは、２６日水曜の満月は、２０２１年では地球に最も近い満月でもあります。

そのため、最も大きく見えることから「スーパームーン」とも呼ばれるのです。

地球に「最も近い満月」は、「最も遠い満月(12月19日)」に比べて、視直径が約１４％大きく、約３０％明るく見えます！

さて、２６日水曜夜の天気は？

沖縄と、中国、四国から北海道は、広い範囲で晴れそうです！

「皆既月食」&「今年最大の満月」を観察するには、最適の天気でしょう！

ただ、晴れる夜は、気温がどんどん下がります。

貴重な満月を眺める時には、しっかり上着を着て、楽しんでください！