壯磨1.はじめに電解液に希硫酸を用いたボルタ電池では、(+)2H++2e-→H2、(-)Zn→Zn2++2e-の反応が確認されている。反応が起きているとは考えにくい。そこで燃料電池と同じ反応(+)O2+2H2O+4e-→4OH-が起きていると考え実証した。備長炭に塩化ナトリウム飽和水溶液で濡らしたキッチンペーパーを巻き、その上からアルミホイルを巻きつける。ビーカーに1日間浸しフェノールフタレイン溶液を加えた。それを電解液として、以下の三つの場合に分けて実験をした。筒状の容器内で固めた。これに亜鉛板と銅板をさし、両極をリード線で直結して変化を観察した。シャーレ、ビーカーの銅板、亜鉛板は容器にあわせて安定する形、大きさにした。溶存酸素量と電流量の関係を次のように定量的に分析した。1%塩化ナトリウム水溶液と酸素を入れ激しく振り酸素を溶かす。秒おきに電流量を計測した。電解液は余分に作り、電池にするものとは別にウインクラー法で溶存酸素量を計測し、ペットボトルを振った回数と溶存酸素量(DO)、電流量の関係をまとめた。実験1アルミホイルはボロボロになり、キッチンペーパーにフェノールフタレイン溶液を数滴落とすと、かなり濃い赤色が出た。備長炭を浸したビーカーの水もかなり赤く染まった。実験21極板をつけただけのもの、2リード線で直結し回路をつないだもの、3回路をつなぎエアポンプで空気1をおくったものの順に、透明度が小さくなっていた。翌日、23で白い沈殿が生じ、その量は2<3であった。1の電解液は白く濁っていた。この実験を通して電解液全体が赤くなることはなかった。実験3シャーレを用いた装置では、シャーレのちょうど中央を境にして赤と透明に分かれ、銅板側が赤くなった。境目には白い壁のようなものができた。ビーカーを用いた装置でも、シャーレと同様に境目に白い壁ができていた。上部は中央で境目ができているのに対し、底面からみると赤色の範囲が小さくなっていた。分後には、正極である銅の針金の上部周辺に、フェノールフタレインの赤色が円錐を逆さにしたような形で現れた。上部以外は同じ太さで針金を取り巻くように赤色が出た。後、銅線の下半分を取り巻いていた赤色は消えたが、上部では赤色の範囲が切頭円柱型になっていた。壁が生じた後は赤色が及ぶ範囲の変動は止まった。ペットボトルを振った回数の関係は表のようになった。実験1備長炭電池では(+)O2+2H2O+4e-→4OH-の反応が起きることが知られている。この反応はフェノールフタレイン溶液が赤くなることから確認できることがわかった。OH-が多量に生じていることがわかった。OH-の増加をフェノールフタレイン溶液で確認する目的で実験を行った。結果は予想に反し電解液全体が赤くなることはなかった。白い沈殿が生じていた。生じたものだと判断できる。水溶液をそれぞれ加えた。OH-が増加する事がわかる。化ナトリウム水溶液中での亜鉛の腐食も同じ反応であることがわかる。量は1≪22であることから、電池を形成すると亜鉛の腐食の速度が大きく増すことがわかる。なる動きを追うために電解液を寒天で固めた。生じることが確認できた。深さがあるビーカーでは上下間での赤色の範囲の違いが見られた。それをはっきりと観察するために、筒状容器での実験を追加した。筒状容器では、初め銅線を取り巻くように赤色が出たことから、最初は溶存酸素が反応していることがわかる。上部の赤色範囲が広いことから、空気が当たる上部は酸素が供給され反応が活発になると考えられる。OH-は拡散したため赤色が消えるが、空気中から酸素が供給される上部では反応が起き続けていることが確認できた。型ボルタ電池の反応機構を実証する大きな裏付けとなった。実験4これまでは定性的な方法で実験してきたが、溶存酸素と電流量の関係に着目し定量的な面からの実証をするためにこの実験を行った。データだけが反例となった。酸素を溶かす際のペットボトルを振った回数と電流量の関係を見ると、比較的きれいな比例関係となる。これは、ペットボトルを振ることによって生じた目に見えないほど小さな気泡が正極の銅板につくことで電流量が増加すると考えると、うまく説明できる。振る回数に比例して、その小さな気泡が増えるのである。電解質に塩化ナトリウム水溶液を用いた電池は、正極に銅板を使うと実験2のように空気を送ってもモーターを回すほどの大電流を取り出すことはできないが、実験1の備長炭のように空気を内包し表面積が大きい物質を使うと大きな電流が取り出せることは、この説明の妥当性を裏付けている。反応が起こることが証明できた。種の空気電池である以上、備長炭や多孔質の金属など気体の酸素を多量に含むことのできる正極を用いないかぎり、実用化できるほどの大電流を取り出すのは難しい。具で実験ができる、また実験3のように視覚的に化学反応を確かめられるという特徴を生かして、初等教育における科学教材がふさわしいであろう。本研究では旭川東高校化学部のみなさんの協力、いつも実験環境を整えてくださった枝澤先生、そして何より顧問の富田先生のおかげで、結論までたどり着くことができました。験を楽しみながら行うことができ、また満足のいく結果を得ることができたことに感謝しています。本当にありがとうございました。いう大変名誉のある賞を頂くことができ大変誇りに思っております。ISEF2013への派遣も決まりました。北海道代表、そして日本代表として今後もより一層の努力を重ねていきたいと思います。ありがとうございました。