UA-119493607-1 メチレンブルーの色変化 | らくらく理科教室
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ボトルを振ると、中の透明の液体が青くなったりまた透明にもどったりを繰り返します。

実験プリント版

「実験タイトル」メチレンブルーの色変化

「サブタイトル」振るとブルーに

「解 説」

1.フラスコを使って:試薬を調整した直後は真っ青で透明な液体、目の覚めるような濃いコバルトブルーです。10秒くらい静かにして待っていると、すーっと色が消えてペットボトル全体は無色透明でクリアな溶液となってしまいます。そこで、ボトルを振って溶液をボトル内の空気と混ぜ合わせるようにすると、またきれいなブルーの液体となります。しかし、やはり数秒経過すると色は消えてしまうのです。操作は、相当な回数繰り返しても同じような色の変化を見ることができるのでマジック的な要素もあります。ボトル内の溶液の水面をよく観察してみますと、空気と接触している界面の部分がほんの少し青くなっているのがわかります。そこでやさしくボトルを振ると、その青みがかった部分が広がっていき、またすぐに色が消えていく様子が見えます。そのことから、空気のある成分と混ざることで青くなり、水溶液内部に色を消す成分があるのではないかということが推測されます。

2.酸化還元反応が起こる:色が青になったり無色透明になったりという変化は、メチレンブルーが酸化型(青色)と還元型(無色透明)を行ったり来たりすることによるものです。メチレンブルーは、水に溶けてきれいな青色透明となりますが、還元性を持つグルコースの存在により無色透明となります。しかし、ボトルを振ることで空気中の酸素に触れるため、分子内の水素が奪われて酸化型になって青色になるのです。

3.反応速度を決める「温度」と「塩基」:普通の水温では非常に反応が鈍くなり、温度が化学変化に影響を及ぼすということが理解しやすい実験でもあります。また、塩基である水酸化カリウムはグルコースの還元性を高めて、やはり反応を促進する役割を果たします。ただし、温度を上げ塩基濃度を高めた条件で実施すると、溶液が褐色を呈することから、ボトル内ではグルコースが溶存する酸素とも直接反応して酸化されるなど複雑な反応が起こっていることも考えられます。ちなみに、多くの実験書には、丸底フラスコとゴム栓を使った例が紹介されているようですが、手を滑らせてフラスを落下させたり、ゴム栓を押さえずに振ったために塩基溶液が飛び出してしまう危険性もあります。ここで紹介するペットボトルでの実験は、持ちやすく落としても割れない上、キャップがスクリュー式なので安全性も高く、実験容器としてぜひ推奨したい材料です。

4.色素「メチレンブルー」:メチレンブルーは色素の一種で、学校教材として扱われることの多い物質です。特に生物分野では、光学顕微鏡で細胞の核を観察するときの染色液(ギムザ染色)としてよく使われています。化学分野でも、吸光度を用いた硫化物イオンの定量分析の他、活性炭の吸着力を調べる実験、最近は光触媒の性能評価物質としても用いられるようになりました。特に、光との反応による光増感作用で活性酸素の一種を発生させるので、消毒・殺菌効果があります。水槽の魚の病気に効果がある薬剤として、ホームセンターなどでも入手が可能です。

 

化学基礎実験_実験NOTE No.6

メチレンブルーの色変化の実験を通じて、劇薬の取り扱いに関する法令、学校における適切な取り扱いなどについても学習しました。

「表 題」

強塩基水溶液(劇物)を扱う実験_メチレンブルーの酸化還元反応

「目 的」

水酸化カリウムとグルコース(還元性)を用いて、メチレンブルーの色変化を観察する。

「実験理論」

  1. 酸化還元反応による色変化:メチレンブルーは、[酸化 ]型では濃い青色を呈し、[還元 ]型では無色透明となる。グルコースを加えることで、グルコースが[還元 ]剤の役割を果たし、メチレンブルーは無色透明となる。しかし、還元型で無色透明になった水溶液は、フラスコを振ると空気中の酸素に触れて反応する。酸素によって、メチレンブルー分子内の水素が奪われて、酸化型になって再び青色を呈するようになるのである。さらに、静置すれば、次第にグルコースによる還元作用の効果が上回り、水溶液はまた透明となることを繰り返す。
  2. 反応速度に影響する条件:このグルコースの還元作用は、[塩基 ]性下でより強まる。また、[温度 ]の影響も受けやすく、水溶液の温度を少し高めることで、反応速度は飛躍的に増大する。ただし、温度を上げ塩基濃度を高め過ぎると、グルコースが激しく酸化して褐変することもある。
  3. 色素「メチレンブルー」:メチレンブルーは色素の一種で、学校教材として扱われることの多い物質。特に生物分野では、光学顕微鏡で細胞[核 ]を観察するときの染色液(ギムザ染色)としてよく使われる。活性炭の吸着力を調べる実験、最近は光触媒の性能評価物質としても用いられるようになった。特に、光との反応による光増感作用で活性酸素の一種を発生させるので、消毒・殺菌効果があり、水槽の魚の病気に効果がある薬剤として、ホームセンターなどでも入手が可能。

「準 備」300 mLビーカー ガスコンロ 100 mLビーカー 水酸化カリウムKOH 2.8 g ガラス棒 300 mL丸底フラスコ 500 mLビーカー 50 mLビーカー グルコースC6H12O6 1.8 g  メチレンブルー(ミクロスパーティル1/2杯程度) シリコン栓(8号)

「操 作」

  • 約200 mL(300 mLビーカー)の水をガスコンロを用いて約40 ℃程度に保っておく。これを温水として扱う。
  • 100 mLビーカーに水酸化カリウムKOH 2.8 g取る。水50 mLを加え、ガラス棒を用いて完全に溶解させた後、300 mL丸底フラスコ(500 mLビーカー上にのせてある)に移す。さらに、温水100 mLを追加する。
  • グルコースC6H12O6 8 g(薬包紙)を、直接丸底フラスコに入れ、軽く振って溶かす。
  • 試験管にメチレンブルーを極少量(ミクロスパーティル1/2杯程度)取り、水10 mL加えて溶かしておく。
  • メチレンブルー水溶液を適量(あるいは全量)、丸底フラスコに移し、シリコン栓(8号)で封じる。
  • フラスコを軽く振り、色の変化を観察する。
  • 色の変化が落ち着いたところで、再びフラスコを振る。 → 静置する操作を繰り返す。

「工夫と注意・片付けなど」

  • 強塩基の扱いに注意する。
  • 丸底フラスコの代わりにペットボトルを用いることもできる。ただし、長期間の使用はできない。

「観察・結果」

フラスコを振って、静置した際の様子。特に液面…

「考 察」

  • フラスコ内のグルコースの濃度(C = n/V) mol/Lを求めなさい。体積は200 mLとする。※物質量n = m/M
  • 色の変化のメカニズムを図説しなさい。特に次の点について考察すること。
    • グルコースの役割
    • 水酸化カリウムの役割
    • 温水を用いた理由
  • この実験では、「毒・劇物」を用いている。
  • 「毒・劇物」の定義は何か?特に、水酸化カリウムは?
  • 特に学校における毒・劇物の取扱いの注意事項を述べなさい。
  • 操作中に手に付着してしまった場合の処置:
  • の注意事項を述べなさい。
  • 操作中に手に付着してしまった場合の処置:

◇このブログで発信する情報は、取扱いに注意を要する内容を含んでおり、実験材料・操作、解説の一部を非公開にしてあります。操作に一定のスキル・環境を要しますので、記事や映像を見ただけで実験を行うことは絶対(!)にしないで下さい。詳細は、次の3書(管理者の単著作物)でも扱っているものが多いので参考にして下さい。


コメント一覧

返信2018年10月6日 1:21 PM

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