【化学編】本当に面白い「理科の雑学」6選を現役名大生が解説！

皆さんは化学と聞くとどんな印象を受けますか？教科として好き嫌いが分かれ、決して好きではないという人も多いのではないでしょうか。それはきっと化学という分野について難しくて身近でないという印象を持っているからです。日常の様々な部分に潜んでいる科学的な現象を知れば、科学に興味を持てるようになります。という事で今回は、「本当に面白い理科の雑学」と題して化学に興味を持てる雑学を紹介していきます！

メントスコーラはどうして起こる

私たちの大好きなYoutubeでも多数の動画があり、身近なものでやることができて派手な反応が楽しめるメントスコーラ。皆さんはこの原理について考えたことはありますか。様々な原理が組み合わさって起きており、化学的な反応についての知見も必要になるようなものですが、噛み砕いてなるべくわかりやすくまとめてみました。

自分で炭酸水は作れるのか

メントスコーラの原因について話をするためにまずは炭酸水の作り方についての話をします。そもそも炭酸水は何からできているかというと水の中に二酸化炭素が溶けてできています。じゃあ自分が吐いた空気をストローで見ずに吐き続けたら炭酸水になるかというとそんなことはありません。
　
そこには二酸化炭素の飽和溶解度が関わっています。飽和溶解度というものが何かわからない人のために説明すると、常温常圧（簡単にいうと私たちが生活している状態の環境）で水に二酸化炭素が溶ける限界量のことです。二酸化炭素はこれが小さいので普通の状態では水にほとんど溶けないのです。
　
それならどうしたら炭酸水は作れるのかというと、圧力をかけてやれば良いのです。ここにはヘンリーの法則というものが関わってくるのですが、簡単にいうと圧力をかければかけるほど溶ける機体の量は増えるということです。
　
つまり、炭酸水を作るには高い圧力をかけた状態で二酸化炭素を加えてやる必要があるのです。夏になって暑いから炭酸ジュースが飲みたいと思ったら大人しくお店で買うしかないということですね。

水から逃げたい二酸化炭素

1-1で私たちが暮らしている環境では炭酸水は作れないと話しました。では高い圧力をかけて作った炭酸水を私たちが暮らしている環境で放置しておくとどうなるか、わかりますよね？そうです、だんだん二酸化炭素が抜けていきます。ところが蓋を開けた瞬間に一気に全部抜けてしまうわけではありません。
　
よく考えたら不思議だと思いませんか？徐々に抜けていくとはいえ、限界を超えた量の二酸化炭素が溶けていると言うことになります。二酸化炭素は水から逃げようと二酸化炭素同士で集まり、気泡を作ります。しかし水が表面張力という力により即座に気泡を水に溶かしてしまうのです。表面張力は水と二酸化炭素が接している部分でだけ働くのでコップの側面では弱くなります。だから炭酸の泡はコップの底や横の部分に多くついているのです。

メントスはなんの役割を果たしているのか

それではなぜメントスをコーラに入れるとあれほど一気に吹き出すのかというと水から逃げたいと思っている二酸化炭素を一気に逃しているからなのです。具体的にメントスは　①表面形状によるもの　②界面活性剤によるもの　の二つのことから二酸化炭素を一気に水から逃がしています。
　
まず1-2で、二酸化炭素が気泡となって水から脱出するのはコップの底や側面の表面張力が全てかかるわけではないところだと説明しました。コップの役割をメントスがしているというわけです。メントスの表面はざらざらとしていて表面面積が大きいので効率的にこの役割を果たせるのです。ところがこの役割だけでメントスコーラが起きていたら氷などを入れただけであっという間に二酸化炭素が抜けてしまうことになります。そんなわけはないことは誰でも知っています。
　
ここに②の界面活性剤によるパワーを加えます。するとこれは表面張力を小さくするので気泡は一気に外に出ることができるようになり、皆さんご存知のメントスコーラのようなことが起きるというわけです。

表面張力を弱めることの身近な例

表面張力を弱めるなんて普段は使わないことだと思うかも知れませんが、実は誰もがやったことがあることです。それはドレッシングを使う時浮いた油と沈んだ成分を混ぜる行為です。これによって水と油を混ぜることができているのです。また炭酸ジュースを振ったり、落としたりしてから開けると吹き出すのもこれと同じです。

コーラによって吹き出す量が違う

実はコーラによってメントスコーラをしても吹き出す量が違うことを知っていましたか？例えばコカ・コーラゼロには人工甘味料のアスパルテームというものが含まれていてそれが界面活性剤の役割を果たすので普通のコカコーラよりも盛大に吹き出します。メントスコーラで派手さを出したいときはゼロコーラでやってみるといいかもしれません。

ナメクジはなぜ塩で溶けるの

梅雨の時期になりじめじめした時期になると大量発生するナメクジを好きだという人は変わり者と言われるかもしれません。ヌメヌメしていかにも悪者の子分といった見た目には嫌悪感を示す人も少なくありません。そんなナメクジには塩をかけることで溶けるなんてことを聞いたことがあると思います。なぜ塩をかけただけで溶けてしまうのかについてまとめてみました。

男女別学？共学？

ナメクジは軟体動物と言われる種類であり、イカやタコ、貝類などが仲間に当たる生物です。この「軟体動物」と呼ばれる種類は常に水に覆われている必要があります。そのため仲間と呼ばれる生き物はイカやタコ、貝などのように海に住んでいることが多いです。

ところが知っての通りナメクジは地上に住んでいます。一体どういうことなのでしょうか？
実はナメクジは、体から水を少しずつ出すことができる仕組みを持っているのです。

半透膜で覆われていることが悲劇を呼ぶ

その仕組みを見ていきましょう。ナメクジは体の表面から水を出すために水分子は通すほどの穴の空いた膜に覆われています。ただ、水以外をなんでも通していたら大変なことになるので、水の分子より大きな分子は出入りできないようになっています。このような膜を「半透膜」と呼びます。
　
普通の状態であれば、半透膜の作用によって適切な量の水分に覆われているのですが、塩のような物質をナメクジにかけると膜の外と中で水以外のものの混ざっている濃さが大きくずれてしまいます。このとき性質として外と中の濃さを同じにしようと水が移動します。半透膜に覆われていると物質は通れないけど、水は通れるので外の塩の濃さを薄めるために中の水がどんどん出ていってしまうのです。そのため塩をかけるとナメクジが溶けてしまうという訳なのです。
　
この話を読んで分かった方もいるかもしれませんが、厳密にいうと塩でナメクジが溶けているのではありません。塩でナメクジが縮んでいるのです。害虫としてこの方法で駆除されることもありますが、半透膜で覆われた生物であることによる哀しい弱点を持っていることがわかってもらえたかなと思います。

身近な浸透圧

浸透圧とは、2つの濃度が異なる液体が半透膜を介して隣り合った時に、濃度を一定に保とうとして水分が濃度の薄い側から濃い側に移動する圧力のことです。ナメクジが縮んでしまうときにもかかっている力です。
　
こんな現象にはナメクジ以外で出会ったことがないと思うかもしれませんが、身近な例もあります。例えば、プールなどで目や鼻に水が入ると痛いと感じますが、それはプールなどであれば外の方が薄いので体の中に水分が入ろうとし、海であれば水分が外に出ようとするからです。
　
ナメクジほどではありませんが、人間も覆われている細胞の一部は半透膜です。これは生きている細胞は活動のために物質や水分のやりとりをするために外と入れ替えを行う必要があるからです。

氷に塩をかけるとなぜ冷たくなるのか

手作りアイスクリームを作るときや急激に冷やしたいものがある時など氷に塩を入れるということに経験がある人は多いと思います。しかしその理由については知らないという人が多いのではないでしょうか。なぜ塩を入れるだけで温度が下がるのかについてわかりやすく説明します。

氷を入れると何が変わるのか

氷に塩を入れると化学的にはどんな効果があるのかというと、塩には氷（水）の融点を下げる効果があります。融点とは物質が溶け始める温度のことで凝固点とも呼ばれるものです。
つまり普通の氷では0℃で氷が溶け始めますが、それよりも低い温度で氷が溶けるようになるということです。

融点が下がったからなんだって？

これを読んだ人の中には融点が下がったことが氷に塩をかけて冷たくなることとは関係ないんじゃないかと思う人もいるかもしれません。今述べたことをまとめると、例えば0℃の氷に塩をかけると融点が下がって0℃の水ができるということになりますね。しかし、氷から水に変化するときに融解熱を吸収するので温度が下がるのです。
　
融解熱とは状態変化（個体⇄液体⇄気体）の特に個体から液体に変化するときに吸収される熱のことです。今日初めて知った人もいるかもしれないですが、実は物質の状態によって持っているエネルギーというのは違うのです。

水と油はなぜ混ざらないのか

気が合わずいつも喧嘩している人たちのことを水と油と言うように水と油はお互いに溶けないことは広く知られています。そして必ず油が上に来ることから油の密度が水の密度に比べて小さいから混ざらないのだと考える人がいますが、それはちょっと違います。高校化学程度の知識で理解できるようにまとめました。

混ざらないのは密度が違うから？

例えば水は1.0g/ml（1mlあたり1グラム）であり、油は大体0.9g/mlなので確かに油の方が軽いですが、お酒に混ざっているエタノールは0.8g/mlとさらに軽いですが水に溶けます。また、密度で見れば水よりもはるかに重い砂糖や塩も水に溶けます。つまり、密度は水に混ざるかどうかの問題に無関係であることがわかります。

実は分子レベルの性質が違う？

水に混ざるものと混ざらないものの違いとして分子内に存在する電気的な偏りである極性というものが重要になってきます。実は水分子はプラスの電気を帯びている部分とマイナスの電気を帯びている部分があるのです。このような分子を「極性分子」と呼びます。酸素原子はマイナスの電気を、水素原子はプラスの電気を帯びています。
　
一方で油には電気的な偏りがありません。このような分子を「無極性分子」と呼びます。極性分子同士であればそれぞれのプラスとマナスが引き合うために溶けます。
　　
また、極性分子でなくてもプラスかマイナスどちらか一方の電気的特性を持っていれば水と溶け合うことができます。
このように、水と油が混ざらない理由は分子の極性に隠されていたのです。

分子レベルで混ざらないものを混ぜるには

ここまで分子レベルで水と油が混ざらないと書いてきましたが、実はそれを混ぜるものがあります。皆さんの身近にもあるものです。なんだかわかりますか…？
　
それは洗剤です。よく考えたら油汚れをただの水ですすいでもなかなか綺麗になりません。洗剤に含まれる界面活性剤が油を水に溶かすことで、効率よく洗い物をすることができるのですね。

化学調味料が放送禁止用語である理由

化学調味料とは、味の素をはじめとしたうま味を料理に付け加える調味料に対して使われていた言葉で、別名うま味調味料とも呼ばれています。現在では「うま味調味料」と呼ばれることの方が多いので、こちらなら聞いたことがある人が多いかもしれません。なぜなら現在化学調味料という言葉は放送禁止用語になっていて、テレビでは基本化学調味料を表す場合には必ずうま味調味料と呼ぶようになっているからです。ではなぜそのような扱いになってしまったのでしょうか。

かつてはポジティブだったイメージ

昭和30年ごろNHKの料理番組ではじめて「化学調味料」という言葉が使われました。NHKには商標を放送してはいけないというルールがあるのでわざわざ言い換えてこのように放送されたのです。
　
今を生きる我々からすると化学調味料なんて名前は仰々しいし、ケミカルで危ないイメージがしてなぜそのような名前をつけたのか疑問に思うかもしれませんが、昭和30年ごろの日本では化学は明るい未来を暗示するものとして人々にはかなりポジティブに受け入れられていました。

放送禁止用語になるまで

かつては今よりもポジティブに捉えられていた「化学」ですが、1968年のアメリカの中華料理店で料理の化学調味料が原因とされる頭痛や疲労感を感じるという事件が起こります。（この事件は中華料理店症候群（チャイニーズ・レストラン・シンドローム）と呼ばれている）
　
日本料理や中華料理の風味を司っているグルタミン酸（化学調味料の主成分）を大量に取ることによって神経毒になるかもしれないとも言われていますが、実際の研究結果は出ておらず可能性の指摘だけになっています。しかし、これによって化学調味料のイメージはかなり悪いものになってしまいました。
　
また、事件当時の日本が、「水俣病」や「四日市ぜんそく」のような公害で苦しんでいたこともあって、かつてのような化学に対するイメージが変化していたことも化学調味料のイメージをさらに悪くしてしまいました。さらに健康食品や高級料理が化学調味料不使用を謳うなどして化学調味料の立場はさらに危うくなりました。
　
そこで現在の日本うま味調味料協会は悪いイメージを払拭するため「化学調味料」の名称を「うま味調味料」に改めました。日本うま味調味料協会は改称の理由について、化学調味料というのはあくまでTV放送において便宜上使われた名称であって、化学という語の持つニュアンスと商品の性質は微妙に異なり、商品本来の性質を伝えきれないためとしています。

何から作られているの？

50年前は化学調味料は一部の原料が石油から作られており、それが物議を醸していました。しかし、現在の化学調味料の原材料は主に自然の農産物です。アジアではサトウキビやキャッサバ、アメリカではとうもろこし、南米ではサトウキビが主な原料です。

安全性は大丈夫？

結局のところ主成分であるグルタミン酸の安全性はどうなんだという疑問があるかもしれません。そこについては安心してください。日本では1984年に厚生労働省が食品衛生法に基づいて安全性を認め、海外では1958年に米国食品医薬品局（FDA）が一般に安全と認められる物質GARS物質として認め、1979年には米国科学アカデミーが安全性を認めています。
　
さらに1987年には国連関係機関（JECFA）までもがその安全性に太鼓判を押し、乳幼児にも安全でありグルタミン酸ナトリウムおよびその他塩類の1日の摂取量を数値で制限しないとしています。これだけの機関が安全性を認めているのですから必要以上に心配する必要はないでしょう。

うま味ってなんだ？

うま味というのは5つの基本味のうちの一つです。基本味とは、甘味、辛味、苦味、酸味、うま味からなります。「うま味」＝「おいしさ」と考える人もいるかもしれませんが、両者には大きく異なる点があります。
　
「うま味」はあくまで基本味の一つで他の味を混ぜ合わせても作ることができない独立した味をさすが、「おいしさ」は味覚の他にも嗅覚や聴覚、視覚、触覚（食覚）など五感を総動員して感じるものとされています。
　
ちなみに「うま味」を発見したのは日本人の池田菊苗博士です。昆布だしの味の正体から「うま味」を発見したこの先生は日本の十大発明家の一人に数えられています。1985年に開催された第一回うま味国際シンポジウムを機にうま味＝UMAMIが国際的に使用されることになりました。これは世界に誇れる偉業だったと言えます。

ガラスはなぜ透明なのか

身近で便利でおしゃれなガラスですがなぜあれほど透明で透き通っているか知っていますか。そこにはガラスの普通とはちょっと違った物質の状態にあります。映える〜写真を撮るのもいいですがその理由についても気になりませんか。とっても身近などこにでもある素材からできているのできっと驚くと思います。

ガラスって何でできているの？

あなたはガラスが何からできているか知っていますか？ガラスは実は砂からできているのです。ブロックを積み上げて色々なものを作る某ゲームも砂を焼いてガラスを作っています。実際に砂の中の硅砂と呼ばれる砂がガラスの原料であり、それを1500℃で溶かし、固めることでガラスができます。

「透明」とは何か？

当たり前ですが私たちは光が透明であることを目によって感じます。光が物質に当たると 1.光の錯乱　2.光の吸収　3.光の透過　の現象が起こります。これがどの割合で起こるかは光が当たった物質によって変わってきます。そしてガラスというのは１、２をほとんど起こしません。

ガラスが錯乱を起こさない理由

一般的な物質と比べてガラスの原料である硅砂には極めて珍しい特徴があります。一般的な物質（今回は水とします）の個体の状態（氷）を加熱すると液体になりますよね。それは硅砂も同じで個体から液体の状態に変化するのです。

一般的な物質ではそれを再度冷やすと個体に戻りあす。しかし、硅砂は冷やすと分子の並びがぐちゃぐちゃのままの個体のような液体という特殊な物質に変化します（このような構造を非結晶という）。非結晶として液体の構造を取っているガラスは表面的な凹凸が存在せず、そもそも結晶ですらないため個体内部での光の拡散を起こさないというわけです。

ガラスは、「個体のような液体」というかなり面白い物質ですよね。実は身の回りには他にも非結晶の物質があります。様々な製品に使われているゴムやプラスチック、また皆さんが好きな飴玉なども非結晶なんです。

ガラスが光を吸収しない理由

世の中の様々なものには色がありますが、色というのは光の吸収によって見えているものなのです。太陽光や蛍光灯などから出る光は白ですが、これには全ての色の光が含まれています。そして光が当たった時に赤以外を吸収するりんごは赤色というように色が見えるのです。ちなみに全ての色を吸収するものは黒色に見えます。
　
ガラスの話に戻すと、ガラスの原料である硅砂は二酸化ケイ素という分子で成り立っています。そして二酸化ケイ素は光をほとんど吸収しない性質を持ちます。その結果ガラスは光を吸収することなく透明に見えるというわけです。
　
ちなみに光をほとんど吸収しない物質として、紙、チョーク、プラスチック、飴などがある。紙やチョークは光の錯乱により白く見え、プラスチックや飴は非結晶のため透明に見えるのです。

まとめ

いかがだったでしょうか。「化学ってなんか難しそう」とか「化学って研究室でやるものでしょ」というような考えから少し身近に感じられるものに変わったのではないでしょうか。今回の話はなるべく噛み砕いての説明を心がけましたが、なんとなくわからない場所があるなと感じた人はぜひ化学について調べてみてください。身近なきっかけで苦手意識を無くしたり楽しく感じたりすることができるはずです。好奇心に従って化学をどんどん知っていきましょう。
　
もしも宿題や受験勉強でお困りの際には、私たち家庭教師に是非ご相談くださいね。