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化学変化と酸化の実験5連発：水中花火・花火作り・アルコールの燃焼・アルコールロケット等
実験１：水中で花火をやろう！
花火・・・誰でもやったことがあると思います。物質が酸素と結び付くことを酸化といい、その中で激しいものを燃焼といいます。花火はその火薬の中に酸素を含む物質（酸化剤）があり一段と激しい酸化をします。水中でも燃焼を続けます。しっかりした紙で包んである花火を使うようにして下さい。火薬全体が湿ってしまうと、うまくで きません。
材料：花火、水そう
上の写真は市販の花火を水の中で行っている写真です。花火自体に酸素を含む硝酸カリウムKNO3などの酸化剤が入っているために水中でも燃え続けます。ただし、火薬自体が完全にぬれてしまうと点火しませんので、しっかりとカバーされた花火を使ってください。では、今回は花火作りに挑戦します。
花火は基本的に火薬（黒色火薬）と金属（色をつける）の組み合わせで出来ています。
実験２：花火を作ろう！（実験631）
まず初めに、黒色火薬を作ります。（最近テロが増えているのでここに薬品と分量を書くことはやめます）化学の先生と一緒におこなってください。よく混ぜ合わせます。この際に、そおっと行うようにしてください。紙の上でプラスチックの薬さじを使う方法がやりやすいです。
そこに金属今回はマグネシウムを入れました。
出来上がった花火の原料を薬さじの小さい方で一杯、お花紙のザラザラした方に写真のようにのせます。一枚の1/4です。これをねじり出来上がりです。下の写真はそれを点火したものです。
このように、花火は酸化剤が入った火薬に色をつけることで出来ます。この色ですが、金属などの物質は非常に発色しやすくなっています。鉄・マグネシウムの入れて花火を作ると赤色白色の花火になります。これは金属が酸素と反応する際の温度による色変化です。炎色反応とは少し違います。
実験２－２：鉄粉だけ簡単せんこう花火を作ろう！
紙にのりをつけ、そこに鉄粉をまぶします。これに点火をすると、パチパチときれいな線香花火のようになります。鉄粉はカイロを破いて手に入れます。冬のカイロを取っておきましょうね。
材料：紙・のり・鉄粉
鉄粉を燃やすと赤色の光を出します。炎色反応と言ってしまいたいところですが、違います。鉄が燃焼する時の色です。金属でも炎色反応をするものとしないものがあります。ここが炎色反応のややこしいところです。鉄・マグネシウムは炎色反応をしません。詳しくは高校の化学の先生に聞いてください。
炎色反応
炎色反応は金属が気体になった時に起こります。例えば銅の沸点は2500℃と高温ですが、塩化銅にすると1400℃と低くなります。これの温度ならバーナーの炎で炎色反応を見ることができます。ですから炎色反応は単体そのものではなく、金属化合物を使います。
キャノンサイエンスラボより
図のように、金属などは一番外側の電子が飛び出しやすい構造になっています。その為、エネルギーを受け取ると電子が元の軌道から他の軌道に移ります。その後、また元の軌道に戻るために、エネルギーを放出して、ある特定の波長の色を出します。この色は原子によって決まっています。それは軌道どうしのエネルギーの差が原子によって違うからです。
実験3ー１：ヘビ花火を作ろう
材料：砂糖4ｇ、重曹1ｇ、砂、燃料用アルコール、アルミホイル
アルミホイルでお皿を作り、砂を入れてアルコールをたらしておきます。砂糖4gと重曹1ｇをよく混ぜて砂の上に置き点火します。
点火すると、重曹は分解されてCO2が発生します。砂糖はまわりの炎で溶けて炭化します。これをCO2が押し上げてもこもこを伸ばしていきます。これを繰り返してヘビのように伸びます。時間が3分ほどかかるのが難点ですが、材料が砂糖と重曹なので安心です。この実験は「らくらく理科教室」から引用しました。本物のヘビ花火は石炭を細かくし硝酸と反応させたものだそうです。さらに昔のヘビ花火は水銀が含まれていたために有毒ガスが出ていました。伸びていく仕組み・化学反応・歴史は「はてなブログ」に詳しく乗っています。ぜひご覧ください。
実験3ー２：アルコールの燃焼実験
材料：大メスシリンダー、エタノール、スポイト、マッチ
エタノールをメスシリンダーに入れ、回しながら全体になじませます。余分なエタノールは取り出します。あとはマッチを投げ入れ点火するだけ、部屋を暗くしておこなうと、効果的です。次のアルコールロケットの導入に使います。
実験４：アルコールロケットを飛ばそう①（実験６３２）
材料：アルミ缶、エタノール、スポイト、紙コップロケット、点火器具
まず、アルミ缶にエタノールを0.5ml程度入れます。余分なエタノールは取り出すようにして下さい。アルミ缶を温めてエタノールを気化させます。両手で温めてください。点火すると音を立てて飛びます。
生徒実験でしたら、圧電発火装置で点火する方が安心かもしれません。圧電装置は電子ライターからコードを伸ばしても作れますので高い器具を買わなくてもできます。
実験５：アルコールロケットを飛ばそう②
材料：プラスチックボトル、キャップ、エタノール、マッチ
この実験は演示用です。プラスチックボトル（炭酸飲料の円柱形が良い）にエタノールを含ませます。点火しますが、机に寝かせた状態でします。フタに穴（3～5㎜程度）かぶせて点火すると炎を出して5ｍ位横に飛びます。
くれぐれも、安全には注意を払ってください。
身近な酸化反応
これらの実験は実験室の花形的な存在です。充分興味深いものです。理科の実験を理科室で終わりにしないためにも、実生活で起こる酸化にも目を向けさせたいと思います。食品の酸化：食品の中で酸化によって変質しやすいのは脂質・アミノ酸・色素成分・フレーバー成分だそうです。色とにおいが変化し、アミノ酸は硫黄化合物になり、脂質も変化します。その為、食品や化粧品には酸化防止剤が入っています。生物の呼吸：生物が食物を食べて生きるエネルギーにする反応は酸化です。金属のさび：錆は金属と酸素が反応したものです。酸素は非常に酸化力の強い物質で地球上の金属はほとんど酸化物の形で産出します。漂白剤：酸素系漂白剤の多くは汚れと酸素が結びつくことできれいにします。還元型漂白剤は汚れから酸素を取り除きます。酸化と還元は切っても切り離せないものです。高校に行くと酸化の定義が広がります。物質と酸素が化合するから、電子を失う反応・物質から水素を取る反応と広がります。関連ページを下にリンクしました。