2021年度第3回学校説明会 科学部紹介 〜シャボン玉と花火の不思議〜

2021年度第3回学校説明会の科学部の紹介で，水中シャボン玉，多面体のシャボン玉，水中花火の三つを披露しました。科学部では，企業と連携した研究や自分達のアイデアで始めた研究，興味のある実験，工作など，部員が顧問の先生方と相談しながら自由に考え，楽しく活動しています。今年度入部してくれた新一年生と共に，今後も興味や好奇心を大事に活動する予定です！
●水中シャボン玉【原理】
　洗剤の成分である界面活性剤は、「親水基」と「親油基（疎水基）」という部分からできています。親水基とは水と水素結合をつくりやすいもの。親油基とは水をはじき，油となじみやすいものです。（説明上，以後親油基を疎水基と呼びます。）油汚れなどを落とすために洗剤を使いますが，この界面活性剤が油汚れを包み込んでくれるため，水で洗い流すことができるのです。油汚れのない水の中に界面活性剤を入れると，水をはじく性質をもつ疎水基が水面から出て，親水基を中，疎水基を外にして水面に並びます。そして，この状態の水溶液からストローを使って水を吸い，水滴にして落とすと，その水滴の中の界面活性剤も疎水基を外にして落ちていきます。水面と水滴が触れる瞬間よりも先に，外側の疎水基どうしが触れ合うので，水をはじき，押しのけます。そこに空気の膜ができ，水面に水の玉ができる状態になります。さらに，水滴が重かったり，落ちる勢いが強かったりすると空気の膜を含んだまま，水中に入っていきます。すると，水中にシャボン玉ができるということです。ちなみに，この水中シャボン玉は，水中に空気の膜を作るため，空気中に水の膜を作る普通のシャボン玉と正反対の作りをしています。
【作り方】
1. 透明なコップなどに水を100ml入れ，その中に台所用洗剤を5滴ほど加えて静かに混ぜます。（作るときは大体この比率で混ぜるとできます。水面に泡が立ってしまうとできにくいので気をつけるか，溶液を作り直しましょう。）
2. この溶液にストローを差し込み，ストローの上の部分を指（親指で押さえ，握るようにしてもつと私たちはやりやすかったです。）で押さえ蓋をして，ストローを持ち上げます。
3. 水面1㎝ほどの高さで，蓋をしていた指をはなし，溶液をコップの中に落とします。（斜めから落とすとうまくいきやすいです。）
【参考ウェブページ】
www.edu.city.ky...
●多面体のシャボン玉【原理】
　水の分子と分子の間には分子間力という力が働いていて，お互いに四方八方に引き合っています。分子間力があらゆる方向から常に働いている状態の分子は結果的にとても安定しているのですが，表面に存在している分子というのは，空気と触れている分，ほとんど分子間力の作用を受けません。なので，安定するために分子がたくさん集まっているところへ潜り込むように再配列しようとします。その結果，液体の表面積をできるだけ小さくしようとする傾向が現れます。この働きが表面張力です。分子間力が大きいほど，表面張力も大きく強くなります。（水は水素結合により他の液体よりも抜きん出て強いです。）この表面張力によって多面体の枠にできるシャボン膜は全面積が多面体の各辺をつなぐのに必要な最小面積になり，このような形になるのです。
【作り方】
1. 針金（私たちはモールでやりました。）を曲げたり切ったり結び付けたりして，多面体を作る。吊るす用に長めの部分を作る。
2. バケツ（多面体が水面下に沈むぐらいの深さの容器）に水をたっぷり入れ，台所用洗剤を入れて混ぜる。（好きな割合で。）
3. 表面に泡ができてしまったらできるだけ取り除く。
4. 作った多面体をシャボン液の中に沈め，ゆっくり静かに引き上げます。
【参考ウェブページ】
site.ngk.co.jp...
www.face-kyowa...
www.fia-sims.c...
●水中花火【原理】
　花火は酸化剤と可燃材を原料とした火薬と金属粉からできています。そして，酸化剤には硝酸バリウムや過塩素酸バリウムが使用されており，水中で燃え続けることができるのはこの酸化剤のおかげです。燃えるには可燃物，酸素，発火点以上の温度が必要となります。花火の中に水が入ってこないようにすれば，酸化剤から酸素が供給され，燃えるので温度もある程度保たれるため，水中であっても燃え続けることができるのです。
【作り方】
1. 花火の燃やすところをセロハンテープでぐるぐる巻きにする。隙間なく巻いてください。（できないタイプのものもあるのでいろいろ試してみてください。）
2. 巻いたところにチャッカマンなどで火をつける。
3. ゆっくりと水の入った容器（水槽など）に花火を入れる。
【参考ウェブページ】
www.science-ki...