枝豆を育てよう

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蛍石(フローライト)

【概要】

ダイソーで手に入れたストーンディフューザーを観察してみた。

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準備物

フローライト、ブラックライト、(保護メガネ、耐熱性の皿、棒、冷やすための濡れ雑巾、軍手)

(※カッコ内は加熱による蛍光を観察する際に必要なもの。)

 フローライトは、フッ化カルシウム（CaF₂）からできている鉱物で、日本語では蛍石（ほたるいし）と呼ばれる。名前の由来は、加熱すると光ることがある性質や、紫外線を当てると光を放つ蛍光性にある。今回は、加熱による危険性を考え安全性の高いブラックライトを使用した。尚、加熱した際は石が割れたり飛び散るので、保護メガネ着用のこと。

 フローライトは、紫・青・緑・黄色・無色など、非常に多くの色がある鉱物として知られている。1つの結晶の中に複数の色が入ることもあり、その美しさから観賞用としても人気が高い。結晶の形は主に立方体で、割れるときも立方体に近い形になる特徴がある。

 モース硬度は4で、ガラス（硬度5～6）よりもやわらかく、爪や金属で傷がつくことがある。そのため、宝石としては比較的扱いに注意が必要である。一方で、紫外線を当てると青白く光るものが多く、実験や観察教材としても使われる。

 フローライトは見た目の美しさだけでなく、工業材料としても重要な鉱物である。金属を精錬するときに不純物を取り除く助けをしたり、ガラスやレンズの材料として利用されたりしている。特に特殊なレンズでは、光のにじみを抑えるためにフローライトが使われることがある。フローライトは、色の豊かさと蛍光性という特徴をもつ鉱物で、観賞用・学習用・工業用と、さまざまな場面で活躍している。美しさと科学的な面白さをあわせもつ、身近で奥深い鉱物である。

【セリアの実験シリーズ】溶けない雪を作ろう！❄️ （自由研究にも）

【概要】

高分子の学習の一環として、体感できる教材を用いてみた。

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youtu.be

原理

以下引用記事。引用先→吸水ポリマーで野菜を育てる | らくらく理科教室 (sciyoji.site)

紙おむつを破き、中身の吸水性ポリマーの小片を取り出してみました。ポリマーが飛び散らないよう、新聞紙等を敷いておくといいでしょう。ビーカーに移して水を加えるとたちまち膨潤し、ビーカーを倒しても水は流れ出てきません。約1  g でゆうに100  mLは吸水できるようです。しかし、そこにある種の金属イオンを含む電解質を加えると、蓄えられていた水が開放されてきます。なお、動画では、ニンジン上端の切れ端を用いて水耕栽培のようにしています。

「解　説」

高分子電解質による膨潤：吸水性ポリマー(SAP:Super Absorbent  Polymer）)は高分子化合物で、分子内にカルボキシル基がイオンになったもの -COO^– とナトリウムイオン Na⁺ を含んでいます。両イオンともに水との親和性が高く、水溶液中でナトリウムイオンが離れると、ポリマーにつながっている-COO^–が互いに反発し合うようになります。分子間にスペースが生まれ、そこに水が入り込んで全体が膨潤するのです。鎖の部分は架橋されているので、分子は溶解せず、全体として高分子ゲル状態が生まれます。市販されている紙おむつには、ポリアクリル酸ナトリウムが使われていますが、元の体積の数百倍～にまで水を吸い込むことができるとされています。なお、膨潤したポリマーに強酸や金属イオンを加えると水がしみ出てきてしまいます。これは、酸が加わることでカルボキシル基-COOHに戻り、ナトリウムイオンを含む水が出てきたことによります。この場合、酸の水素イオンとナトリウムイオンが交代する、イオン交換が起こることになります。この種のポリマーの性質は、イオン交換樹脂として、水の精製（不要なイオン種を除く）に利用されています。高分子吸水ポリマーは、衛生用品の他、吸湿性建材、土壌保水剤、保冷剤など、様々なものに用いられています。特に、砂漠の緑化計画のような地球的規模のプロジェクトでは、大きな効果が期待されるようになっています。

なお、実験で捨てられる運命にあるちっぽけな根菜の切れ端を使って、芽を出させるというトライをしています。しかし、電解質濃度の関係かあまり大きな成長は期待できないので、適当な時期にポットに移して育てることをお勧めいたします。

監督官をしていただいている先生のブログ（らくらく理科教室）はこちら→らくらく理科教室 (sciyoji.site)

先生のYouTubeチャンネルはこちらから→らくらく科学実験 - YouTube

※都留文科大学理科教育の一環

コケからリトマス紙をつくる

【概要】

コケを加工し、リトマス試験紙が作成できるのかを試した。

参考・引用はこちら▶︎https://blog.miraikan.jst.go.jp/articles/20170529post-21.html

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準備物

コケ(今回はウメノキゴケ)　2g、アンモニア水(市販のものをさらに3倍に希釈したもの)　、オキシドール、ガラスビン、わりばし

操作手順

1. ウメノキゴケを採取し、ごみなどを取り除いて2gはかりとる。

   

   

2. ウメノキゴケを細かく砕きビンに入れ、さらにオキシドールをアンモニア水を加えてよく混ぜる。

   

3. 直射日光を避け、暗所で保管しながら毎日撹拌する。

   

4. ２週間操作を行った後、抽出できた染色液を蒸留水で10倍に希釈する。
5. 希釈した溶液をろ紙にしみこませ、乾燥させる。

結果

　結果が以下の画像である。

希釈せず原液のまま使用しても、リトマス試験紙としての機能は確認できなかった。原因はいくつか考えられる。

コケの同定が難しいためそこが一番の難所と考えられる。次回、リベンジしたい。

マイクロスケールダニエル電池の作成

【概要】実験のマイクロスケール化が上がる中、試薬量を削減した環境にやさしいマイクロスケールダニエル電池の作成を実践した。参考元→中学生向けダニエル電池のマイクロスケール化における実践的研究

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準備物

器具・物品

電池容器（コンタクトケース），電池容器（クリームケース），寒天塩橋（ストロー入り），半透膜（チューブ，セルロース），導線（クリップ付き）黒赤各１本，電子オルゴール（1.3～3.5 V　40μA）

薬品

亜鉛板，銅板，1 mol/L硫酸銅（Ⅱ）CuSO4水溶液（ミニボトル），0.5 mol/L硫酸亜鉛ZnSO4水溶液（ミニボトル）

操作手順

(1)電池容器のフタを開け金属板を取り出す。

(2)水で濡れている半透膜チューブの上端を筒状に開く。（下端はしばってある。靴下のイメージ）

(3)筒の口の片方にＬ字状の銅板の短いほうから差し込む。なるべく奥まで差し込む。（靴下をはかせるイメージ）

(4)銅板の入った半透膜チューブに硫酸銅（Ⅱ）水溶液を５滴入れる。その際，半透膜の口からあふれないように気を付ける。（以下の手順でもあふれないように注意）

(5)電池容器の底に(4)の半透膜（銅板，硫酸銅水溶液入り）を置く。その上に，十字方向に亜鉛板を重ねて置く。

(6)電池容器に硫酸亜鉛水溶液を入れる。（半透膜があるので硫酸銅水溶液とは混ざらない。）　入れる液量は容器の深さの半分程度。入れたらフタを閉める。（2枚の金属板に合うようにフタの穴をかぶせて静かに閉める）【電池の完成】

考察

問1.

ダニエル電池の各電極板で起こる化学反応を，化学反応式（イオン反応式）で書いてください。電子を含む場合はｅ－と書き表しなさい。

問2.

半透膜はどのようなはたらきがあるか

問3. 

１班と同じ器具を使って実験を行ったが，２班の電子オルゴールは鳴らなかった。その原因を説明しなさい。

問4.

ダニエル電池の電流を長く流し続けるには，硫酸亜鉛水溶液と硫酸銅水溶液のどちらの濃度を高くするとよいか。また，そのように考えた理由を答えなさい。

問5.

ダニエル電池は２種類の金属板と２種類の電解質水溶液を用いている。もし，亜鉛板側にも硫酸銅水溶液を用いて，２種類の金属板と１種類の電解質水溶液の装置にしたとき，これは電池として長持ちしない。それはなぜだろうか

問6.

マイクロスケール実験の利点を書きなさい

問7.

下図は素焼き板を用いたダニエル電池の図である。これを参考に今回作成したダニエル電池で物質や電子がどのように移動し，どのように変化したかを図示しなさい（寒天塩橋，半透膜どちらでもよい）。

液体窒素を用いた実験まとめ

【概要】有名な液体窒素を用いて様々な実験を行い、性質の変化等を観察した。

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準備物

全て、プラスで液体窒素と手袋（低温やけどを防ぐための厚めのもの）が必要。液体窒素を扱う際は必ず手袋を用いること。

①マシュマロ、皿、箸

②シャープペンシルの芯、割りばし、ワニ口クリップ、テープ、電源装置、ビーカー

③袋、試験管

④超伝導体、ネオジム磁石、プラスチック容器、箸

操作手順

①

1. 皿に液体窒素を注ぐ。
2. その上からマシュマロを入れて、箸を用いてよく浸し、凍らせる。
3. 新たな箸を用いて食べる。

②

1. 割りばしを骨組みにし、ワニ口クリップを二股の形になるように組んで、テープで固定する。
2. ビーカーに液体窒素を注ぎ入れる。
3. シャープペンシルの芯をはさみ、ビーカー内に入れた後、電源装置をオンにして通電させ、観察する。

③

1. 袋に液体窒素を注ぐ。
2. 付近で観察される落ちてくるもやを試験管で収集し観察する。（※火気厳禁）

④

1. 超伝導体を入れたプラスチック容器に液体窒素を注ぐ。
2. 箸を用いてネオジム磁石優しく置いて観察する。（※少しつついてみてもOK）

　特に面白いのは、電球風の実験。赤く燃えているシャープペンシルの熱で、液体窒素が沸騰している様子が見られる。

葉の海綿状組織の間隙を水で満たす！

【概要】葉の内部に水を入れ、色に変化が起きるかを確認する。

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準備物

植物の葉各 2枚(ツバキやドクダミ等の葉を用いた。2枚なのは反応前後を比べるため)、ビーカー、試験管、真空装置、針金

操作手順

1. 葉を採取し、試験管に入れた後水に浸かるまで満たし、針金で軽く押し込む。(※水の入れすぎ注意。沸騰するためなるべく少量で済むと良い。針金で押し込む際は取り出せなくならないようにすること。)
2. ビーカーに試験管を入れて立たせ、真空装置で真空にし(2〜3分以内くらい)、葉の細胞間隙の空気を抜く。(※この際、試験管内に泡が出てくるがこれが葉の内部の空気が出てくる様子。)
3. 葉の空気を充分に抜いた後、真空装置内をゆっくりと大気圧に戻す。(※急激に戻さないこと。また、真空をやり過ぎると試験管内の水が凍るため注意！)
4. 針金等で葉を丁寧に取りだし、反応前後を比較する。

解説

 葉の隙間に空気の代わりに水が入り込むことで、屈折率が1に近くなる。散乱が起きにくくなるため、葉に当たった光が透過し、葉の裏表で色の変化が出にくくなる。(普段色が違うのは構造等による散乱のためなど)

光がそのまま透過しないほど、葉の内部で多く屈折や散乱が起きるので、その分光の吸収率があがる。隙間がないものは透明感が強い(水草など)。光に透かせばその透過率の違いを実感出来る他、観察の際にも生かせるかもしれない。