吸水ポリマーで野菜を育てる

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たくさんの水を吸い込む不思議物質「吸水性ポリマー」。ふりしぼっても水がでてくるわけではありませんが、内部にたくわえられている水を利用し、水耕栽培のまねごとをしてみます。少々水やりをさぼっても、めでたい結果が得られる、ずぼらな人向きの実験です。

「動　画」準備中

「実験タイトル」吸水ポリマーで野菜を育てる

「サブタイトル」水耕栽培芽が出ためでたい

「操　作」

1.紙おむつを破き、中身の吸水性ポリマーの小片を取り出す。ポリマーが飛び散らないよう、新聞紙等を敷いておくとよい。

2.適当な器に敷いて水を含ませ(約1 gで100  mL程度は吸う)、ニンジン上端の切れ端を上にのせる。

3.数日後には葉が伸びてくる。

「注意と工夫」

1. 吸水ポリマーの効果を確認したい場合は、できるだけ水やりをしないことにする。ただし、Na^＋の濃度が高くなってくると成長に悪影響が出る。
2. あまり伸ばし過ぎると転倒しやすいので注意。

「解　説」

1.高分子電解質による膨潤：吸水性ポリマーは高分子化合物で、分子内にカルボキシル基がイオンになったもの（-COO^－）とナトリウムイオン（Na^＋）を含んでいます。両イオンともに水との親和性が高く、水と出会うとナトリウムイオンが離れて外に出て行き、ポリマーにつながっている-COO^－が互いに反発します。そのため、分子間にスペースが生まれ、そこに水が入り込んで全体が膨潤するのです。鎖の部分は架橋されているので、分子は溶解せず高分子ゲル状態となります。市販されている紙おむつには、ポリアクリル酸ナトリウムが使われていますが、元の体積の数百倍にまで水を吸い込むとされています。

なお、膨潤したポリマーに強酸を加えると、水がしみ出てきます。これは、酸が加わることでカルボキシル基が-COO^－に戻り、ナトリウムイオンを含む水が出てきたことによります。この場合は、酸の水素イオンとナトリウムイオンが交代する、イオン交換が起こっています。この種のポリマーの性質は、イオン交換樹脂として、水の精製（不要なイオン種を除く）に利用されています。

2.食材の切れ端から生命の息吹を感じる：高分子吸水ポリマーは、衛生用品の他、吸湿性建材、土壌保水剤、保冷剤など、様々なものに用いられています。特に、砂漠の緑化計画のような地球的規模のプロジェクトでは、大きな効果が期待されています。実験では、捨てられる運命にあるちっぽけな根菜の切れ端を使って、芽を出させるとういものです。種からではなく、植物体の一部がまた成長を始める…

…省略…

「確認演習」

1. 高分子の鎖につながっているカルボキシル基がイオン化し、互いに反発して、分子間にスペースが生まれる様子を図説しなさい。
2. 膨潤したポリマーに希塩酸を加えると水がしみ出てくるのはどうしてか、説明しなさい。

◇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ありますので参考になさってください。