はじめにスライム,風船,ペットボルトはみな高分子からできています。小学生にとって,どれもなじみのものですが,とても不思議な性質を持っていることはあまり知られていません。今回は,この不思議な性質について,実験をしながら学びます。難しくなりますが,どうしてそのような性質を持つのかを,説明します。ペンシルバルーンと熱の性質スライムやゴムは高分子からできています。高分子というのは原子がひものように長くつらなったものです。鎖のようにつながっているので,「高分子鎖」ともよばれます。ように網目状につながったものです。ゴムに重りをつけて伸ばしておいたものにお湯をかけると縮みます。手をつないで暴れまわる子ども高分子鎖は人間の目や顕微鏡では見えないくらい小さなものです。これはとっても激しく暴れまわっています。温度が高くなるほど,激しく暴れまわります。3プラスティックの鎖の端を振り回すと縮むわっているので「小さな暴れん坊」とよぶことにしましょう。高分子の運動が激しくなると高分子鎖の両端は縮もうとします。このことをたとえ話で考えてみましょう。子どもたちが手をつないだまま暴れると先生は中の方に引っぱられるでしょう。切って,机の上に鎖を引き延ばして片端を鎖と垂直な方向に揺さぶってみましょう。高分子という小さなあばれんぼうも温度が高くなるとより激しく暴れまわるようになり,両端を引っ張る力が強くなります。そのため,重りをつるしたゴムが縮むのです。このとき,小さなあばれんぼうたちがおもりを持ち上げるのです。難しくなりますが,科学の言葉では力に逆らってものを動かすことを「仕事」といいます。お湯をかけて温度を高くすることによって,おもりを持ち上げる「仕事」をします。ゴムの中で「小さな暴れん坊」は激しく動いています。子鎖は,「運動エネルギー」とよばれるエネルギーを持っています。高分子鎖に限らず分子とよばれる物質の中にある小さな粒の持っている「運動エネルギー」は温度によって決まります。「運動エネルギー」は小さな暴れん坊の元気のよさです。温度が高くなるほど,大きな運動エネルギーを持つようになります。ゴムを引っ張ったときを考えてみましょう。先にいいましたように,力をはたらかせてものを動かしたとき仕事をしたといいます(正確には力の大きさに動いた長さをかけたものが仕事です)。仕事はエネルギーに変えることができます。ゴムを引っ張るとゴムは縮もうとする力が働きます。したがって,ゴムを引っ張ったときゴムは手によって仕事をされます。ゴムを急に引っ張ると,この手のした仕事が高分子鎖の「運動エネルギー」に変わります。ゴムを引っ張ると,引っ張った勢いで,ゴムの中の小さな暴れん坊が元気になるのです。ゴムの中の小さな暴れん坊が激しく動き回るようになるのです。先ほど言ったように,運動の激しさで温度が決まるので温度が上がります。ゴムを引っ張る実験のときには,できるだけ速く引っ張ることが大事です。引っ張ると,ちょうど,熱いお湯がさめるように冷めてしまうので,風船の温度はあまり上がりません。ゴムを引き伸ばしておいて急に縮めると,ゴムは外に対して仕事をすることになります。外に仕事をした分,高分子鎖の運動のエネルギーは小さくなります。ゴムを構成しているゴムの元気の良さが,外に伝わり少しおとなしくなるのです。そのために「運動エネルギー」が減ってゴム温度が下がります。大学で「熱力学」というとても難しい勉強をするときに,最初にこの実験を見せて授業をしています。皆さんは私が大学で行っている授業をほんのちょっと体験したのです。スライムと高分子の性質スライムもゴムと同じように,高分子からできています。高分子は身の回りにある繊維,プラスティック,食料品など私たちの生活になくてはならないものです。高分子は原子が細長く連なって鎖のようにつながったものです。ゴムはこの高分子鎖が網目状につながったものだということを先にお話しました。スライムの中では高分子の鎖がくっついたり離れたりする。ポリビニルアルコールは一本の紐のような分子です。赤い線がポリビニルアルコールです。青い丸が書いてあるところは,ほう砂の分子です。丸いところが,ポリビニルアルコールをつなぐ手にあたります。本の手があるのですが,簡単のために二つしか書いてありません。ポリビニルアルコールの分子は,水の中ではのたうちまわりながら泳ぎまわっています。ようにほう砂が仲立ちをして,ゴムのような網目をつくります。高分子が水を含んで網目状につながったものをゲルといいます。お菓子のゼリーもゲルの一種です。スライムはゴムのように網の目のようにつながっています。そのつながりはそれほど強くありません。そのため,力が働くとすぐに切れてしまいます。高分子鎖が網目をつくります。これを繰り返すとこによって,スライムはゆっくり流すと水あめのように流れます。これを,机にたたきつけると切れるひからみあいまがなく,ゴムのようにふるまいます。このように,ゆっくり変形させると粘っこい液体のように流れ,速く変形させるとゴムのように弾む性質を「粘弾性」(ねんだんせい)といいます。風船もおもりを下げてしばらくおくとだんだん伸びてきます。生ゴムの中では高分子が絡みあっている。造をとっているので,伸びはじきに止まります。分子間をつないで網目を作っているのです。生ゴムとよばれるゴムは網目を作っていません。生ゴムやエアコンのホースなどの間につめるゴム製のパテやチューインガムなども粘弾性を示します。生ゴムでは,高分子同士網目を作っていません。粘弾性を示す高分子物質では,このような絡み合いが弱い網目の働きをします。急に変形したあとは,絡み合いがほどけずに,ゴムのように振舞いますが,時間がたつと絡み合ったところがすべるために,だんだん流れていきます。からみ合っているので,急に変形すると一時的に網目が出来ているように振舞います。そのため,机にたたきつけると弾みます。高分子は熱運動で暴れまわっていますので,充分長い時間があれば動くことができます。そのため,生ゴムもゆっくりと流れることができるのです。粘弾性を示す物質に棒を入れて,ゆっくり回転させると棒の周りを這い登ってきます。スライムの硬さを適当に調整すると驚くほどよく登ります。これはスライムをたたきつけるとゴムのように弾む性質と関係しています。スライムの中に棒を入れてまわすと,棒のまわりのスライムは引き伸ばされます。このとき,スライムは,ゴムを引き伸ばしたような感じになっています。ゴムバンドを引き伸ばすと縮もうとします。縮もうとする力によって,ゴムは横にひろがります。このちからによって,ゴムは棒を登ってくるのです。洗濯糊が入っていた空き容器の底を切ってスライムを入れます。これにスライムをいれて,容器の口から絞り出します。すると出口で風船のように丸くな5/7ります。これは,容器の口を出る前に押し縮められたスライムが元に戻ろうとするためです。このように,高分子からできている物質は不思議な性質を示します。教科書には,物質は気体,液体,固体に分けられると書いてありますが,現象を観察する時間スケールによって固体としてふるまったり,液体としてふるまったりします。海底の近くは硬い岩石からできています。これはどうみても固体のようにおもわれます。年間に数十センチメートルの速さで動いています。したがって,非常に長い目でみると液体です。このように,流れや変形に関する現象は,観測する時間のスケールによって異なります。流れや変形に関する性質を研究する学問を「レオロジー」といいます。このほかにレオロジーの現象として色々な現象が知られています。レオロジーに興味がある方は,尾崎邦宏「キッチンで体験レオロジー」(ポピュラーサイエンス,裳華房)を参照してください。ほう砂とほう酸ほう酸という言葉聞いた人もいるでしょう。インターネットで調べてみると,スライムをつくろうと,ほう砂を買いにいったけれど,ほう酸を買ってきてしまったがどうしたらよいかという相談が書いてありました。ほう酸ではスライムができないので注意してください。ものからできているからです。スライムに酢を加えると,中のほう砂の分子はほう酸になります。すると,網目の構造をつくることができなくなります。その結果,水に溶けるようになります。酢やホウ酸は弱い酸ですので,台所の流しに流しても大丈夫です。ほう砂は薬局で売っています。どちらも,色違いの似たようなデザインの箱に入っています。どちらも,薄めて目の洗浄に使います。体にわるいものではありません。消毒になるのですので,たくさん体に入ると毒になります。口には絶対に入れないようにしてください。終わったら手を洗うようにしてください。ほう砂は「砂」という言葉があるように鉱物として天然に存在します。品の他耐熱ガラスの原料などにも用います。鍋などに使われる耐熱ガラス(パイレックス)の原料の一つです。スライムの始末の仕方とスーパーボールみたいなスライムスライムを始末するときには,酢を加えてサラサラにして水道に流す方法と,食塩を加えて固めて,ごみとしてすてる方法があります。食塩を加えると固まる性質を「塩析」といいます。石鹸などをつくるときにも,塩析とよばれる性質がつかわれています。スーパーボールみたいなスライムでは,食塩で水を押し出したうえに,ほう砂でポリビニルアルコールの高分子をつなぐので,固いゴムのようになります。ゴムのように弾むようになるのです。験管見たいな形のものを形の中で膨らませてつくっているためです。膨らませたものは,風船みたいに縮もうとする力が働きます。それを急に冷やすと,固くなって縮むことができなくなります。これをもう一度加熱して温度を高くすると,柔らかくなり,縮むことができるようになるのです。察してみると,縮んでいません。これは,最初から口の部分をつくってあり,膨らませていないからです。ペットボルトをオープントースターで加熱すると縮む。的に白くなっていきます。口の部分も白くなります。これは,ペットボトルの中に結晶と呼ばれるものができるからです。冬にコンビニで暖かいお茶の入ったペットボトルを売っていますよね。ペットボルトは試験管見たいな間をふくらませてつくる。7/7のペットボトルは口のところが白くなっています。これは,口のところだけ温めて,結晶をつくったものです。結晶ができると固くなり,温めても中身が漏れないからです。レジ袋は,ちょっと白っぽく見えますよね。これは,ポリエチレンとよばれるプラスチックに結晶ができているからです。ごみ袋も同じようなポリエチレンでできています。台所でつかわれるポリ袋で透明なものもあります。これも,ポリエチレンからできていますか,まったく結晶になっていません。そのため,ごみ袋やレジ袋にくらべて柔らかいのです。(PET)とよばれるプラスチックからできています。これを「ペット」と読んで,「ペットボトル」というのです。犬や猫などの「ペット」とは全く関係ありません。英語では「プラスチックボトル」といいます。日本で最初は醤油の容器として使われました。ペットボトルを取り出すとき,糸を引くこともあります。このような糸を引く性質を曳糸性(えいしせい)といいます。衣類やじゅうたんなどに用いられる「ポリエステル繊維」としても使われています。ポリエステルとよばれる高分子の一種だからです。ポリエステルは,「テトロン」とよばれていたこともあります。皆さんのお母さんやお父さんはご存じかもしれません。会社が共同で名前を付けた商品名です。「テ」は帝人から「ト」は東レから来ています。「ロン」は「ナイロン」のロンから来ています。ナイロンというのは,1930年にアメリカではじめて発明された合成繊維です。protected]気軽に質問してください。ホームページにも,関連する項目があります。「葛生伸」で検索してください。