予測通りに変われ！！“青いフラスコの実験”の条件検討
  東京都立小石川中等教育学校 3年
 
    はじめに
  青いフラスコの実験                                                課題
                                                                    ・脱色までの時間が予測できない。
                                                                    ・混合溶液が黄色くなってしまう。
                                                                    先行研究                                                  メイラード反応
 
 
                                                                                                                                           グルコースとNaOHが
                                                                                                                                           反応し、黄色に変色
                                                                                                                                           してしまう
 
                                                                                                                           振った回数以外
                                                                          山本大二郎ほか,増訂化学実験事典,講談社p512-513
                                                                                                                           検討されていない
    ロイコメチレンブルーが酸素で酸化され，青色になる。
                                                                    文化祭¹の実験ショーで行うために、
                                                                    ・脱色時間を予測したい。
    メチレンブルーがグルコースで還元され，脱色する。                ・繰り返し実験できるようにしたい。
 
 
    実験操作
  検討した条件               (1) 攪拌方法                    (2) 混合する順序                                               (3) pH
                             (4) グルコース濃度              (5) メチレンブルー濃度
                             (6) 温度                        (7) 還元剤
 
  (1)   水溶液の攪拌方法                                 (2)水溶液を混合する順序
                                                                                                                                           脱色時間
                                                                     初めに混合                           後から追加
   ホワイトボード                                                                                                                   すぐに追加   15分後に追加
                             1 3 mol/L NaOHaq 1.4 mL
                             2 6.25% グルコースaq                 1NaOHaq
                                                         実験1                                   3メチレンブルーaq                   15 s          13 s
                                               11.0 mL            2グルコースaq
                             3 0.05% メチレンブルーaq             1NaOHaq
                                                1.3 mL   実験2                                   2グルコースaq                       20 s          37 s
                                                                  3メチレンブルーaq
                                                                  2グルコースaq
                                                         実験3                                   1NaOHaq                             17 s          18 s
                             延長コードで時間を管理               3メチレンブルーaq
                                                         1 3 mol/L NaOHaq                            160 L
                                                         2 6.25% グルコースaq                        1.2 mL                 脱色時間の変化が小さい
 
 メモリ10に   速度を固定                                 3 0.05% メチレンブルーaq                    150 L
 
 
                  湯せんで
                    温度を管理
 
 
 
                                                                        時間経過                                                    時間経過
                              動画を撮影し，脱色時間を測定
   実験結果
 (3)   混合溶液のpH                        (5) メチレンブルーaq 濃度                   (6) 温度
 
 
 
 
 pHが高い → 脱色時間が短い                ■0.03％以下                                  温度が高い → 脱色時間が短い
     pHが高くなると、グルコースの還元        濃度が高い → 脱色時間が短い                  温度は脱色時間に大きく影響する。
   作用が強くなる。                            濃度が高くなると、グルコースと接
                                             触しやすくなると考えられる。              (7)     その他の還元剤の検討
 (4) グルコースaq       濃度               ■0.03％以上
                                                                                         グルコースを用いると、黄色に変色す
                                             濃度が高い → 脱色時間が長い
                                                                                       ることは避けられない。
                                               濃度が高くなると、すべてのメチレ
                                             ンブルーを還元するのに時間がかかる           →   他の還元剤を検討
                                             と考えられる。
                                                                                                 還元剤                 脱色の有無
                                           （補足）                                             ビタミンC           脱色するが戻らない
                                               メチレンブルー水溶液調製後の経過              シュウ酸二水和物                 ×
                                             時間は、1時間程度なら脱色時間に影              亜硫酸ナトリウム                 ×
 ■6.25％以下                                響しない。
                                                                                               POCARI SWEAT                   ×
   濃度が高い → 脱色時間が短い                                                             ビタミンC ＋ Cu2+                〇
     濃度が高くなると、グルコースの還
   元作用が強くなると考えられる。
                                                                                                                         ・0.05%
 ■6.25％以上                                                                                                              メチレンブルーaq
                                                                                                                         ・0.2 mol/L
   濃度が高い → 脱色時間が長い                                                                                             アスコルビン酸aq
     濃度が高くなると、グルコースが水                                                                                    ・0.1 mol/L
                                                                                                                            CuSO aq
   和して還元性が弱くなると考えられる。
 
 
 
 
  結論                                                                            今後の展望
 予測通りに脱色する「青いフラスコの実験」                                         還元剤の検討
                                                                                    グルコースのように自ら変色せず、適切に
 溶液の温度は室温                                                                 メチレンブルーを還元できる還元剤を見出す。
 実験ショーで温度を変えることは難しいので、室温に合わせる。
                                                                                  溶液の濁り
 次の3種類の溶液を調製                                                             実験後に溶液が白濁すること
 1 1 mol/L NaOHaq 42 mL                                                           があったので、この理由を明ら
 2 0.025％ メチレンブルーaq 39 mL                                                 かにする。
 3 6.25％ グルコースaq を水で希釈した溶液 330 mL
  ※水を多く加えるほど脱色時間が長くなるので、予備実験を行って調節する。          応用
                                                                                    酸素検知紙を作製する。
 溶液2と3を混合し、1は実験の直前に加える                                            水溶液中のグルコースの定量する。
 
 
 
 文化祭²では、60秒間で脱色することを目標にした。                               参考文献
                                                                              (1) 向井知大、大場茂 (2010)， 「青いフラスコの実験における
                                                                                  メチレンブルーの脱色と分解」， 慶應義塾大学日吉紀要，
                                                                                  自然科学No.48,pp.11-30
                                                                              (2) 山本大二郎他，『増訂 化学実験事典』（講談社、1984），
                                                                                  pp.512-513
                               65秒間で脱色                                   (3) J.A.Campbell， Kinetics-Early and often，J.Chem.Educ，
                                                                                  1963