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

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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。
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理科実験、特に化学実験は常に危険と隣り合わせです。教員自身の安全だけでなく、生徒全員の安全にも配慮しなければならないので、実験計画や準備には気を抜くわけにはいきません。(それでもたまに失敗してしまいます。幸い生徒を巻き込んだことがないのが救い・・・。)

化学実験で起こる事故の種類はたくさんありますが、その中でもしばしば発生する、”定番の事故”というものがあるそうです。
なんでもそれは、「水素の爆発事故」なんだそう。

今年の3月にも、その水素爆発事故が広島県の中学校で起こってしまいました。

理科の実験中にフラスコ爆発 中学生4人軽傷|スポーツニッポン

水素の燃焼(爆発)実験は小学校でもやるような定番中の定番実験。それのどこに落とし穴が潜んでいるのでしょうか。
それは、水素の特徴的な性質がカギとなってくるのです。

解説は以下から。
記事によると、
” 15日午前10時半ごろ、広島県福山市新市町の新市中央中学校1階の理科室で、1年生の授業の実験中にフラスコが爆発し、周りにいた男女の生徒4人が切り傷を負った。病院に運ばれたが、軽傷という。
県警福山北署と福山市教育委員会によると、授業では水素を発生させる実験をしていた。市教委は、生徒が水素の充満したフラスコに火を近づけたことが原因とみている。 ”

とのこと。

つまり何らかの物質(金属+塩酸とか?)を反応させて水素ガスを発生させ、それをガラス製のフラスコに満タンまでためていたそうです。
そこに意図してか偶然か、火を近づけたところ爆発し、フラスコが砕け散って生徒に当たってしまったようです。

水素の燃焼は一瞬なので、それによってヤケドをしたという話は私は聞いたことがありません。多くが、爆発によって破壊されたガラス器具などによる外傷が問題となります。

この事故の原因ですが、よく言われているのは、フラスコなんて大容量の容器に水素をためたことがそもそもNGということです。
水素って、気体だし、目に見えないし、軽いから、フラスコに満タンだとしてもそんなに危険じゃないように見えますよね?
ですが水素には、「容易に爆発し、威力も強い」という究極の性質があるのです。

基本的に、可燃性の気体は空気(酸素)と混ざり合わなければ燃焼しません。空気の量が少なすぎても、多すぎてもダメです。酸素をまったく含んでいない純粋水素がそのまま燃焼するわけないですよね。

ただ可燃性気体には、発火限界組成(爆発範囲)という数値があり、その数値の範囲が大きいほど、広い条件で燃焼・爆発する、という決まりがあります。
例えば、発火限界組成が50%~70%の気体Xがあるとして、これはつまり、空気中に気体Xが50%以上70%以下存在していれば、爆発が起こることを意味しています。

そして水素の発火限界組成ですが、4%~74%と言われているのです。つまり、水素は空気中にちょっとしかなくても、逆に酸素があまり存在していなくても、どんな状況下でも爆発することを示しています。
都市ガスの主成分、メタンCH4の発火限界組成が5%~15%であるので、これと比べると、いかに水素が容易に爆発するか想像できると思います。

理科の授業において水素は非常に身近な物質ですが、こんな特別な性質があるのですね。
水素を発生させて燃焼させる実験では、試験管程度の体積でやるのがセオリーという理由がわかりました。

ちなみに先輩の先生によると、小さめのビニール袋に水素酸素混合気体をパンパンに詰めて点火したところ、爆風が実験室全体を駆け回り、窓がギシギシいったくらいの威力だったとのこと。
そういえば水素はロケットの燃料にも使われていますよね。あんなに重い物体を宇宙まで持ち上げてしまうのですから、やっぱり水素ってスゴイ&コワイ!
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