TANOKAGA! ~たのしい科学~

教科書では語られない科学ネタの紹介・解説を中心とした、学生向けのブログ

このブログについて

TANOKAGA! ~たのしい科学~ へようこそ。
ここは、私が「気になった科学ネタ」「自作した動画教材」などを紹介するブログです。

教科書には詳しく載っていない事柄で、かつ授業で使えるかもしれないネタを中心に記事にしようと思います。 視聴覚素材の利用や、わかりやすい解説で、中学生や高校生が理解できる記事を書いていきたいです。
もちろん、科学に興味を持った大学生以上の方も大歓迎です。 ただ、その道の専門を学んでいる方にとっては、簡単ゆえに物足りないかも知れません。

記事に誤字脱字・間違い・意見等がありましたらコメントまたはメール(下の方にある送信フォームをご利用ください)をお寄せください。できるだけ早く対応します。
また、管理人の職業柄、すべてのコメントは承認制となっております。ご了承ください。


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科学ネタ
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  • リテラシー・・・たくさんの情報の中からウソを見抜くスキル、それがリテラシー能力です。広く知られている情報が真実とは限りません。筋道立てて考えれば異なった真実が見えてくることがあります。
  • 科学と軍事・・・人類の歴史は科学の歴史、そして戦争の歴史でもあります。戦争によって多くの科学は発展してきました。戦争を理解することで、科学の理解を目指すのがこのコンテンツ。敬遠しがちな人も、現実に目を向けてみてはいかが。

生徒諸君へ
皆さんへの諸連絡は「生徒への連絡」カテゴリにあります。
限定公開記事なので、パスワードを入力してから閲覧してください。


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我々の生活にはなくてはならない電池。何の変哲も無いただの金属の塊から、電気が発生するわけですから、そのしくみはさぞやハイテクだろうと思う人も多いと思います。
ただ、電池が電流を生み出すしくみは、中学生でも理解できるほど単純なものなのです。

電池を作るためには、3つの材料があればいいのです。
それは、「-極として反応する物質」「+極として反応する物質」「電解質水溶液(電解液)」です。
詳しく言うと、「-極として反応する物質が電子を放出して」「+極として反応する物質がその電子を受けとって」「その二つの材料の間を電解液が仕切っている」という構造を作ればいいのです。これによって電子が移動するので、電池として機能します。
たったこれだけ! この3つの材料を用意すれば、誰でも簡単に電池を作ることができるのですな!

もちろん、どんな物質でも良いというわけではなくて、実用に耐えうる電池にするには、それぞれに適切な材料を選ばなくてはいけないわけですが・・・。
例えば、今は目にする機会がめっきり減ったマンガン乾電池ですが、これは-極に亜鉛を、+極に酸化マンガン(IV)(二酸化マンガン)を選択しています。

ところでマンガン乾電池は一度使い切ると充電できないために使い捨てとなってしまいます。資源もお金ももったいない。
というわけで、現在いろいろな機器に使われている電池が、充電ができる「蓄電池」なわけですね。

今主流の蓄電池は、リチウムイオン電池ですね。携帯電話,ゲーム機,ノートパソコンはもちろんのこと、自動車にも搭載されはじめています。
コバルト酸リチウムという物質を使用し、リチウムイオンLi+を移動させることで電子の流れを作るリチウムイオン電池は、大容量・高速充電というすばらしい性質を持った高性能電池です。
リチウムイオン電池の概要については、以下の動画を見ると良いのではないでしょうか。

進化しつづける!リチウムイオン電池|サイエンスチャンネル

さて、高性能なリチウムイオン電池ですが、欠点もあります。それは、値段が高いこと・・・。
材料の一つ、コバルト酸リチウムが希少なため、どうしても製造費が上がってしまうのです。

というわけで、リチウムイオン電池以上の高性能を、かつ安価に実現できる、新しい蓄電池の開発が進められています。
そして昨日、次世代電池として期待がかかる、「アルミニウムイオン蓄電池」の開発に一歩近づいたというニュースが!

アルミニウムイオン電池とはどのようなものなのか? どんなメリットがあるのか? そしてその実力は? など、わくわくする解説は以下から。
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地下鉄車内で缶破裂:洗剤散り乗客14人けが…丸ノ内線|毎日新聞

10月20日に発生した地下鉄車内でのアルミ缶破裂事故。
原因について正式な発表はまだですが、アルミニウムと強アルカリの化学反応によるものである可能性が強まっています。

事故を起こした女性の証言によると、「コーヒーの空き缶(アルミ製)の中に業務用洗剤を入れて、フタで密閉していた」とのこと。

アルミニウムは両性元素で、簡単に言うと酸にもアルカリにも溶ける性質があります。普通、「金属は酸に溶ける」と言いますが、一部の金属はアルカリにも溶けるわけです。
一方で、業務用洗剤の主成分は強アルカリ性の溶液です。水酸化ナトリウムとか水酸化カリウムとか。強アルカリ性の溶液はタンパク質を溶かすので、配水管の汚れ等に効き目があるわけです。

つまり、アルミ缶の中に強アルカリ性溶液を入れると、化学反応を起こしてアルミ缶が溶けていくわけですね。
アルミニウムと水酸化ナトリウムを反応させたときの化学反応式を見てみましょう。

2 Al + 2 NaOH + 6 H2O → 2 Na[Al(OH)4] + 3 H2

Na[Al(OH)4]はテトラヒドロキソアルミン酸ナトリウムという物質です。それと同時に水素が発生することが分かります。
洗剤が入れられたアルミ缶は密閉されていたわけですから、発生した水素は缶の中に充満して内圧を高めます。そして缶の強度がそれに耐えきれなくなった瞬間に破裂した、と考えるのが可能性としては最も高いでしょう。

実際に、アルミニウムと水酸化ナトリウムが反応する様子の動画がありました。



では、強アルカリ性の溶液はどのような容器に保存すればいいのか?
など、続きは以下から。
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国立科学博物館にて、「元素のふしぎ」という特別展が開催されています。
今回はこの元素のふしぎ展に行ってきましたので、展示の概要紹介と、一人の理科教師としての感想を書いていきたいと思います。ちょっと厳しめのツッコミもしてみようかと・・・。

あと、はじめに言っておきますが、基本的に国立科学博物館で開催される特別展は1フロアしか使用しないため、規模としては小さいです。今回のこれも、過去の特別展と同様にボリュームは少なめです。しかしこの狭い空間でいかに多くのことを伝えるかということで、企画者の腕が試されているような、そんな気がいつもしています。

さて、科学(化学)を語る上で元素は切っても切れない関係です。この宇宙は全て元素でできている、と言うと言葉の意味としては不正確ですが、まあそれくらい元素は全ての源であるわけです。
そういうこともあり、元素に関連した展示会や学習教材は数え切れないほどあります。この夏は科博以外でも元素に関する展示会が開催されているはずですし、書店に行けば元素や周期表についてのたくさんの書籍を目にすることができます。
そしてその多くは、全ての元素の説明と、その元素の用途について例を挙げて紹介しているものがほとんどのように感じます。つまり、元素を身近に感じて興味を持ってもらうための手法としては、それが古くから確立された最適解である、と私には思えてくるのです。(否定しているわけではありません。)

今回の「元素のふしぎ」も、それらと同じように、全元素の説明とその用途に注目した展示会と言えました。

展示概要と感想は以下から。
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fire.jpg

岐阜県にあるマグネシウム加工会社倉庫で火災が起き、保管してあった大量のマグネシウムが長時間にわたって燃え続けるという事故が発生しました。

マグネシウム倉庫で火災、放水危険で消火難航|読売新聞

金属であるマグネシウムは、軽くて丈夫な合金(複数種類の金属を混ぜたもの)の原材料などとして重宝されていますが、ひとたび火災を起こすと、消火しにくい、危険な物質としても有名なのです。

以前、私が制作した以下の動画でも簡単な解説をしていますが、

今回はさらに、マグネシウムの危険性とその消火方法についてじっくり解説していきます。

マグネシウム火災のどこが危険なのか? そしてその驚くべき消火方法とは?
解説は以下から。
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宝登山登山からの帰り、長瀞のもう一つの名所にも行ってきました。
天然記念物として有名な、長瀞渓谷です。

長瀞渓谷は荒川上流部にある渓谷で、荒川を挟んで「岩畳」と「秩父赤壁」という(地質学的に)有名かつ価値のあるスポットがあります。
秩父鉄道の上長瀞駅と長瀞駅の間にあり、駅から歩いてすぐに行くことができます。

長瀞渓谷は、「日本地質学発祥の地」といわれています。
明治時代、政府の依頼によって日本にやってきたドイツの地質学者、ナウマン博士によって長瀞渓谷は発見されました。このナウマン博士は、日本に近代地質学を伝えた第一人者でした。博士は、長瀞渓谷の発見だけでなく、フォッサマグナ(東日本と西日本を分断している広い地帯)の発見などでも名が知られています。
それだけでなく、長瀞渓谷には地質学的に貴重な地層や岩石があることから、上記のように「発祥の地」と言われるようになりました。

散歩がてら、岩畳を歩いてきました。
続きと、簡単な解説は以下から。
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ミックスメタル炎色反応を公開しました。



ちょい派手 化学実験コレクション PART-3で「複数の金属を混ぜて燃やしたらどんな炎色反応になるの?」とのコメントがあったので、実際にやってみました。格好よさげなタイトルをつけてますが、やってることは単純。年末の一大イベントでは、この炎色反応を利用したロウソクなんかを作ってみては・・・?
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ちょい派手 化学実験コレクション PART-3を公開しました。



学校でできる、燃焼系・爆発系 化学実験を紹介します。今回は「濃硫酸」「ブタン」「炎色反応」の実験です。濃硫酸の実験は爆発系ではないのですが、前回のコメントでリクエストがあったのでやってみました。ブタンの実験はネタのように見えますが、教員向け実験書にも載っているほどのちゃんとした教材です。
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