テルミット反応で学ぶ酸化還元と発熱のダイナミック化学実験（アルミニウムが酸素を奪う！）
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
目の前でパッと眩しい閃光が走り、一瞬にして鉄がドロドロに溶け出す……。ワクワクしませんか？今回ご紹介するのは、テルミット反応という実験です。これは酸化鉄とアルミニウムの粉末を混ぜて点火するだけで、激しい熱と光を放ちながら本物の「鉄」が誕生するという、極めてドラマチックな化学反応です。花火のような輝きと圧倒的なエネルギーを間近で感じられるこの実験は、一度見たら一生忘れられないほどのインパクトを読者の皆さんや生徒たちに与えてくれます。
この実験を成功させ、安全に楽しむためには、確実な準備とちょっとしたコツが必要です。しかし、その苦労を吹き飛ばすほどの感動が待っています。今回は、科学部の活動で試行錯誤しながら実践したテルミット反応の全記録をお届けします！
テルミット反応とは？化学の視点から紐解く
テルミット反応は、一言でいうとアルミニウムが酸素を奪い取るパワーを利用した反応です。まずは、この「酸素の争奪戦」を化学反応式で見てみましょう。
この式が物語るのは、酸化鉄（鉄と酸素が結びついたもの）とアルミニウムが出会ったときに起こる劇的な変化です。
実は、アルミニウムは非常に「酸素と結びつきたい！」という欲求が強い金属です。一方で、酸化鉄は鉄が酸素を抱えている状態。ここに火を灯すと、アルミニウムが強引に酸化鉄から酸素を奪い取ります。その結果、酸素を失った鉄が「単体の鉄」として分離し、アルミニウム自身は酸化アルミニウムへと姿を変えるのです。この「酸素の奪い合い」の際、凄まじいエネルギーが放出されます。これを発熱反応と呼びますが、その温度はなんと2000℃以上！この超高温を利用して、かつては巨大な船のパーツや、今でも鉄道の線路の継ぎ目を溶接する現場などで実際に活用されている「現役の技術」でもあるのです。
科学部で実践！感動を呼び起こす準備と実験の手順
先日、科学部の生徒たちと一緒にこの「鉄の錬金術」に挑みました。成功の秘訣が詰まった手順をご紹介します。
必要なもの
- 酸化第二鉄：赤茶色の粉末です。
アルミニウム粉末：今回はより手作り感を出すため、アルミホイルを細かく砕いて用意しました。
マグネシウムリボン：点火用の強力な導火線になります。
ビーカー：底に水を張り、落ちてくる溶けた鉄を受け止めます。
三脚、三角架：反応容器を支える土台です。
新聞紙：万が一の火の粉に備え、水で濡らして机に敷き詰めます。
ライター：マグネシウムへの点火用です。
金床とハンマー：取り出した鉄の輝きを確かめるために使います。
磁石：できたものが本当に鉄か証明する魔法のアイテムです。
保護具：目を守る保護メガネは必須です。防火対策を完璧に行いましょう。
実験手順
１ 混合物の黄金比
酸化第二鉄とアルミニウム粉末を、質量比で約3:1の割合で混ぜ合わせます。 今回は、安全かつ確実に反応させるため、酸化第二鉄1.6g、アルミ粉末0.6gという絶妙な分量に調整しました。乳鉢を使い、ムラがないように丁寧に混ぜるのがポイント。アルミ粉末はアルミホイルをすり鉢で地道に粉砕して作りました。この「手間」が成功を左右します。
２ 装置のセットアップ
ろ紙を2枚用意し、1枚目は水で濡らします。こうすることで、反応の勢いで紙がすぐに燃え尽きるのを防ぎます。三脚に固定した三角架の上にろ紙を置き、中に混合物を入れます。真下には水を入れたビーカーを配置し、灼熱の鉄を迎え撃つ準備を整えます。まず予備実験は外で行いましょう。
３ 導火線を差し込む
中央にマグネシウムリボンを垂直に差し込みます。逃げる時間を稼ぐため、少し長めにしておくのが安全の知恵です。
４ 運命の点火！
周りに可燃物がないか最終確認！全員、保護メガネ装着！安全な距離まで下がります。バーナーでマグネシウムリボンの先端に火をつけます。まばゆい光とともに、火は混合物へと吸い込まれていきます……。
火が混合物に到達した瞬間、「フシューッ！」という激しい咆哮とともに、目が眩むほどの光と大量の火花が吹き上がります！ まさにミニチュアの火山が噴火したかのよう。生徒たちからも「うわぁぁ！」「すごい！」と歓喜の声が漏れます。
ここに注目。何かがポトリと落ちました。
これが反応によって生まれたての鉄です。形は歪ですが、真ん中に導火線の跡のような穴が開いているのが面白いですね。
５ 「鉄」の正体を暴く
十分に冷めるのを待ち（2000℃の余熱は危険です、絶対にすぐ触らないこと！）、塊を取り出します。金床に乗せてハンマーで一叩き。すると表面の酸化皮膜がペリッと剥がれ、中から美しい銀色の金属光沢が顔を出します。仕上げに磁石を近づけると……カチッ！ と力強く吸い寄せられました。粉末だった物質が、見事に「磁石につく金属」へと生まれ変わったことが証明された瞬間です。
テルミット反応は、ただ派手なだけのショーではありません。ここには化学の重要なエッセンスが凝縮されています。
- 酸化と還元の同時進行：酸素を奪う「還元」と結びつく「酸化」。この2つがセットで起こる酸化還元反応の最高の教材です。
- エネルギーの可視化：化学結合が組み変わるとき、これほどまでに巨大な熱エネルギーが出るという事実を肌で感じられます。
- 物質の変身：茶色い粉と銀色の粉が混ざり、全く別の「塊」になる。物質の劇的な変化こそが化学の醍醐味です。
安全を最優先に確保した上で、この感動をぜひ体験して（あるいは見せて）あげてください。本物の体験は、教科書の文字を鮮やかな知識へと変えてくれるはずです。さらに大規模なサイエンスショーでの様子も、ぜひこちらの動画でチェックしてみてくださいね！
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