科学部

今回はビスマスについて説明します。

ビスマスとは原子番号83番、レアメタルであり、融点が271.4 ℃でほかの金属に比べとても低いです。

このビスマス結晶の、特徴的な階段状の形は骸晶と呼ばれ、角の方は結晶が成長しやすく面の成長が遅いので凹んだ形になります。

ビスマスは本来銀白色ですが動画の様に色鮮やかになるのは、表面に形成された薄い酸化被膜の構造色によるものです。構造色の身近な例には、CDの裏面やシャボン玉などがあります。

酸化被膜が厚くなるにつれて、金色から紫、青、空色、緑の順に変化していきます。

またこの酸化被膜は塩酸によって溶かすことができ、本来のビスマスの色である銀白色も観察できます。このビスマス結晶は文化祭でも販売しています。ぜひお越しください。

科学部の体験会に興味をもっていただき、ありがとうございます。
今回は科学部の部員たちとともに、液体窒素を使ったお楽しみ実験を行いたいと思います。内容は以下の通りです。

開催日：8月21日（月）13:00～14:00

場所：本校特別教室棟1階　化学室

定員：12組（1組最大中学生2名）中学生の友人同士で申し込み可。
　　　※ 保護者同伴である必要はありません。

申込受付期間：7月21日（金）から8月18日（金）まで

申込受付方法：次のリンクからグーグルフォームで登録してください。

https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSeXn5g1RHDnR8X3NrbZ6jB3LHXum7FRUYi-0mzf_IZJJQPDow/viewform?usp=sf_link

体験者決定方法：先着順（定員を満たした時点で締め切ります）

　今回は、ニトロセルロースの燃料について紹介します。ニトロセルロースは、セルロースを主成分とする脱脂綿を混酸(濃硫酸と濃硝酸の混合溶液)に漬け込むことにより合成ができます。通常のセルロースは穏やかに燃焼しますが、ニトロセルロースは一瞬で燃焼します。燃焼の比較と、ニトロセルロースを燃料とした紙ロケットを撮影しました。

　ニトロセルロースは、綿火薬、またはフラッシュコットンと呼ばれ、戦時下では無煙火薬として使われました。現在では、ロケットの推進剤や手品の小道具として使用されています。

　今回は、エタノールロケットについて紹介します。エタノールロケットとは、エタノールの燃焼によって紙コップを飛ばす実験です。

C₂H₅OH ＋ 3O₂ → 2CO₂ ＋ 3H₂O

　エタノールは火をつけることによって、缶内の酸素とこのような化学反応を起こします。この時に気体の体積が膨張するので、紙コップが空高く飛びます。

　また、今回はエタノールが酸素と混ざりやすくするために手で温めて気化させました。

今回は、硝酸カリウムの再結晶について紹介します。ビーカーに硝酸カリウムと、少量の硫酸銅（Ⅱ）を熱水に溶かしました。そして、これを空気中で放冷したところ、硝酸カリウムの針状結晶が析出しました。このように、少量の不純物を含んだ結晶を、高温の溶媒に溶かしてから冷却し、温度による溶解度の違いを利用して、純度の高い結晶を得る操作を再結晶と言います。動画は32倍速です。

今回は、酸化還元反応について紹介します。酸化や還元というと、酸素の授受による反応という印象が強いと思います。しかし、実は電子の授受が行われる反応も酸化還元反応に含まれます。例として、二クロム酸カリウムK２Cr２O7と過酸化水素H2O2の反応を撮影しました。

酸化剤(電子を受け取る物質)である二クロム酸イオンは式1、還元剤(電子を与える物質)である過酸化水素は、式2のような反応を起こします。

Cr₂O₇^2-+14H⁺+6e^-→2Cr³⁺+7H₂O (式1) 

H₂O₂→O²+2H⁺+2e^- (式２)

式中のe－は電子を表しており、二つの式を合わせると、式3のようなイオン反応式になります。

3H₂O₂+Cr₂O₇^2-+8H⁺→2Cr³⁺+3O₂+7H₂ O (式３)

式1より、この反応ではクロム酸イオンが発生します。このイオンは緑色なので、溶液が緑色に変化していく様子が観察できます。また式2より、反応によって酸素も発生します。そのため、動画でも気体が発生しているのがわかります。高校化学では、このような電子の授受による酸化還元反応を扱います。

３月２９日（火）に、「世界をリードする科学技術人材育成事業」の活動として、米子工業高等専門学校　総合工学科　化学・バイオ部門　准教授の谷藤尚貴先生にお越しいただき、光化学に関する特別講義をしていただきました。

今回の実習のテーマは、「アウトドアで実験しよう！」でした。

いつも活動している化学実験室を飛び出し、谷藤先生の指導のもと、部員らはおもむろにテントを設営し始めます。（初めてテント張りをしたという部員が多くいました！）

アウトドアでの実験なので、試薬の調製にはビーカーやガラス棒などのガラス器具を使わずに、プラカップ、割り箸、空のペットボトルで汲んできた精製水を使います。 

テントの中を暗くして、ラミネートシートにレーザーポインターを当てて色の変化を観察しました。

使用したシートは蛍光、リン光という光が放たれる素材のものでした。リン光は蓄光性を持つので、レーザーポインターを動かすと光の跡が一時的に残ります。

テントの中で各自黙々とリン光を楽しんだ後は、市販で販売されている忍者絵の具という色素を使ってスライムを作りました。

忍者絵の具には、光を吸収することで色が変わる特別な物質（光応答性分子）が含まれているため、最初は真っ白だったスライムも、捏ねているうちに日光に当たり、だんだん赤く変色していきました。

また、レーザーポインターで集中的に光照射すると、照射部分がより赤くなります。

 なお、光応答性分子を溶液に溶かしただけでも、同じように光を吸収した部分だけ変色します。

最後は、物質に磁力があることを簡単に確認できる超常磁性を持つ物質（磁性液体）を使って、物質の磁力線を観察しました。

磁石を近づけると、超常磁性物質がトゲトゲした形に姿を変え、磁力線が現れます。

近づける磁石の磁力によってトゲトゲ具合が変化する様子も観察できました。

生き物のように変形する超常磁性物質に、部員らは夢中になっていました。

 谷藤先生は、講義中に何度も「視点を変えてみることで、新しいアイデアが生まれる」とお話しされていました。

今回、外で実験をしてみて、不便だなと感じたところや、新しく見えた景色があったのではないかなと思います。

ぜひ今回感じた「不都合な点・改善したい点」を研究テーマの材料としてもらえればと思います。

新鮮で楽しい経験をすることができました。今回学んだことや感じたことを、今後の研究活動に活かしていきたいと思います。

この場をお借りして、谷藤先生に深く感謝申し上げます。ありがとうございました。

楽しい時間もあっという間に過ぎ、部員らは少し名残惜しそうでしたが、しっかり片付けて撤収しました。

３月２８日（月）に、大妻嵐山中学校・高等学校の鈴木崇広先生にお越しいただき、黄銅めっきに関する特別講義をしていただきました。

黄銅めっきは、銅板に亜鉛をめっきし、亜鉛めっきされた銅板を加熱することで得られます。

黄銅とは銅と亜鉛の合金のことで、英語でbrass（ブラス）といいます。「ブラスバンド」と聞くと皆さんは金管楽器をイメージされると思いますが、これは多くの金管楽器が黄銅で作られていることが語源とされています。

一般的には、水酸化ナトリウムと亜鉛粉末を用いてめっきされますが、今回は鈴木先生が推奨する方法で黄銅めっきを行いました。

※今回の鈴木先生の推奨する方法は、鈴木先生と大妻嵐山高校の生徒が発見した「安全性、均一性を兼ね備えた素晴らしいめっき方法」であり、この研究成果は第65回日本学生科学賞で文部科学大臣賞（全国2位相当）を受賞されました！ 

めっき後は、そもそも本当に黄銅が出来上がっているのか？、見た目の判断ではなく、具体的にどのような実験を行うことで、黄銅であることが証明できるのかという問いかけに対して、部員らは自ら実験方法を提案し、黄銅であることを証明する実験に取り組みました。

あるグループでは炎色反応を確認したり、黄銅めっき板を電極版として使用し電池を作成してみたり…など、アイデアの思いつくままにたくさんの検証実験に取り組んでいました。

※炎色反応とは、金属元素を燃やした際に確認できる炎の色のことで、物質ごとに炎の色は異なります。花火ではカラフルな炎が見られますが、あれは火薬の中に複数の金属化合物が調合されているからです。なお、銅の炎色反応は青緑色です。

１・２年生ともに、化学基礎・化学で学んだ知識をフル活用して斬新で柔軟な検証実験に取り組んでおり、鈴木先生もその発想力に感心してくださりました。

以下に、今回の特別講義を受けた部員の感想を一部掲載します。

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・いつもの授業や部活動とは違い、目的の結果を出すために自分で操作を考え、さらにそれを実践することが初めてでとても面白く感じました。求めていた結果が出ないことの方が多かったけれど、とても楽しい体験をすることができました。

・日本学生科学賞に出展した研究と聞いて難しいものかと思ったけど、めっきにアルミ箔を使った理由などを原理から理解することができました。色々なところで行われている実験の欠点を改良するというのはあまり気が付けないことだと思います。また、黄銅めっきであることの判断方法として電気を使うというのは自分にとって新しい知識だったので、今後の研究にも活用していきたいです。

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 最後に、この場をお借りして、今回ご講義していただきました鈴木先生に感謝申し上げます。

文部科学大臣賞受賞おめでとうございました。5月に行われる国際大会でのご活躍を心より応援申し上げます。

３月９日（水）の放課後、化学実験室にて卒部式を行いました。

まず初めに、１・２年生が蛍光チョークで装飾した黒板アートで、科学部に所属していた３年生７人をお出迎えしました。

※蛍光チョークにはチョークの中に蛍光物質が含まれており、暗室の中でブラックライトを用いて照らすと光ります。

この現象は「発光」という化学反応のひとつです！

卒部式では、２年生が考案した「かなりマニアックな」問題によるクイズ大会が行われました。

（ある製薬会社の水酸化ナトリウム 500 gのボトル１本の値段を問うなど…。試薬の発注も自分で手配する科学部ならではですね！）

今年度は、コロナ禍による活動制限により予定通りに研究が進められないことも多くありましたが、そんな中、３年生は自身の研究だけでなく後輩の指導も丁寧かつ全力で取り組んでいました。

今１・２年生がのびのび研究活動ができているのも、３年生のおかげなのだろうなと感じます。本当に頼もしい７人でした。

３年生の皆さん、卒業おめでとうございます。これからもぜひ化学室に遊びに来てくださいね。

そして、来年度も情勢に柔軟に対応しながら充実した活動を行って参ります。どうぞ応援よろしくお願いします。

11月7日（日）、ホンダテクニカルカレッジ関東にて、ホンダテクニカルカレッジ関東の先生方と学生による、自動車にまつわる講義・体験学習に参加させていただきました。

前半では、自動車エンジンの仕組みについて講義を受けた後、実際にエンジンを分解してエンジンの構造を観察しました。また、自動車の底面やボンネット内などを見学し、ホンダ車のエンジンや排気ガスを処理・浄化するための工夫について説明していただきました。

 後半は、ホンダが開発したNSXとUNI-CUBに試乗させていただきました。NSXは、最大時速300 km（新幹線とほとんど同じ）で走行できるスポーツカーです。実際に助手席にて試乗させていただきましたが、その速さに圧倒されました。

また、UNI-CUBは、自身の重心移動によって自由に走行できる車両です。前方はもちろん、斜めや真横にも自由自在に移動できます。座りながらほとんど体力を使わずにスイスイ移動できるUNI-CUBに、生徒らはすっかり夢中になって乗りこなしていました。

今回の体験学習では、普段の部活動では学べないことをたくさん経験することができました。自動車のエンジンの仕組みや最新技術がたっぷり詰め込まれた新しい車両に実際に触れることができ、生徒らはモノ作りの面白さを実感できたのではないかと思います。

最後に、貴重な体験をさせてくださったホンダテクニカルカレッジ関東の先生方および学生の皆様に深く感謝申し上げます。