液体になったり固まったり！色まで変わる「不思議スライム」の実験
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
千葉大学教育学部附属中学校の科学部では、「交流部活」という取り組みを行っています。外部の学校の科学部にお邪魔して、お互いに実験を紹介し合う、いわば科学部の練習試合のようなものです。今回は共立女子中学校を訪問し、たくさんの刺激をいただきました。その中でも特に印象的だった「不思議スライム」の実験を、みなさんにもご紹介したいと思います。
まずは基本のスライムづくり
まず、ビーカーに洗濯糊を10mL入れます。
そこに水を10mL加えてから、そしてここが普通のスライムづくりと違うポイントなのですが、BTB液を6滴加えます。液性は黄色になります。つまり酸性というわけです。
次にホウ砂水を加えて混ぜていくと、なんとBTB液は青色に染まります。
つまりホウ砂水はアルカリ性とういわけです。
クエン酸を入れると、色も形も変わる！
ここにクエン酸を入れていくと、液性がだんだん酸性に傾いていき、色が黄色に変化すると同時に、固まっていたスライムが崩れてサラサラの液体状になります。クエン酸は酸なので黄色くなるのはわかりますが、なぜサラサラになるのでしょうか。
今度は炭酸ナトリウムで元通りに
さらにここへ炭酸ナトリウムを加えて混ぜていくと、
今度は液性がアルカリ性に傾き、色は青色に戻ると同時に、あの独特のスライムらしい粘り気が復活します。
色が変わるだけでなく、固まったり液体に戻ったりする様子は、見ているだけでワクワクする実験ですね。
なぜ液体とゲルを行ったり来たりするのか？
さて、ここからが本題です。スライムがプルプルのゲル状になったり、サラサラの液体状になったりするのは、いったいなぜなのでしょうか。洗濯糊の主成分は、PVA（ポリビニルアルコール）という、非常に長い鎖のような形をした高分子です。PVAの分子は、単体では水の中でくねくねと自由に動き回っており、これが「液体」の状態です。
ここに、ホウ砂（ホウ酸ナトリウム）由来のホウ酸イオンが加わると、話が変わってきます。ホウ酸イオンは、PVAの鎖と鎖の間に橋を架けるように結びつき、まるで編み物の糸を結び目でつなぎとめるように、分子同士をあちこちで架橋（かきょう）していきます。この網目構造ができることで、自由に動けなくなった分子たちは、全体として弾力のある「ゲル」、つまりスライムになるのです。
面白いのはここからです。このホウ酸イオンによる架橋の強さは、実は周りの液性（pH）によって変わるという性質を持っています。
酸性の環境では、架橋役のホウ酸イオンが水素イオンと結びついてしまい、架橋する力の弱い「ホウ酸」という別の姿に変わってしまいます。すると、PVAの鎖をつなぎとめる橋が次々と外れていき、網目構造がゆるんで崩れ、スライムはドロッとした液体に戻ってしまうのです。
反対に、アルカリ性の環境になると、水素イオンが引き抜かれて架橋する力の強い「ホウ酸イオン」の姿に戻ります。すると、緩んでいた橋が再びかけ直され、PVAの鎖同士がしっかりとつなぎとめられて、ぷるぷるのゲル状態が復活するというわけです。
つまり、クエン酸を入れると酸性に傾いて橋が外れ、液体になる。炭酸ナトリウムを入れるとアルカリ性に傾いて橋がかけ直され、ゲルに戻る。液性が変わるたびに、目に見えないミクロの世界で橋の架け外しが行われていたのです。
そして、この液性の変化を教えてくれていたのが、色を変えるBTB液です。酸性で黄色、アルカリ性で青色になるBTB液のおかげで、「今、分子の橋がどうなっているか」を、私たちは色として目で見ることができていたのですね。固さの変化と色の変化、この2つが同時に起こっていたのは偶然ではなく、どちらも同じ「液性の変化」が引き起こしていた、ひとつながりの現象だったのです。
身近な水の中の小さなイオンが、目に見えないところで橋を架けたり外したりしている――そう考えると、手のひらの上のスライムが、急に奥深い分子の世界に見えてきませんか？
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