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ミニ講演会「ろうそくの炎から考える化学」-共通科目-

イベント

 

理工学部/建築・環境学部教養学会では、2015年10月22日に理科系学生のための英語の講演会「ろうそくの炎から考える化学」(講師:理工学部生命科学コース 飯田 博一 先生)を開催しました。

飯田博一先生は、講演に先立ち王立研究所のクリスマス講演で「市民の講演者」として青少年のために「ろうそくの科学」の講演(The Chemical History of a Candle:1861年 Royal Institution におけるクリスマス講演の記録)を行った科学者マイケル・ファラデーとその研究について紹介しました(以下の引用参照)。

ろうそくは遠い昔より、光を取るばかりでなく、熱を得るため、時間を知るためなどの用途にも用いられてきました。ろうそくは炭素、水素、酸素からなるロウの部分と芯の部分とからなります。このろうそくの芯に火をともしたときに「ろうそくが燃える」という事象が起こりますが、飯田先生は「ろうそくが燃える」という時に燃えているものとは何なのか、また、ろうそくが燃えた後には美しいくぼみ(cup)がろうそくの頭の部分にできあがるのはなぜなか、と参加者に質問しました。

空気が燃えているろうそくに近づくと、ろうそくの熱が作り出す気流の力で上昇します。そしてそれは、ろうそくの外壁の温度をその内部よりも下げます。ろうそくの内部は芯を伝わって降りてくる炎により溶けるますが、ろうそくの外壁は溶けません。これにより美しいくぼみが、ろうそくの頭にできあがります。

では、何が燃えているのでしょうか。ロウ自体は炎にあてても燃えないことを飯田先生は映像とともに説明しました。一方、「燃えている」ろうそくの頭の窪みには溶けたロウが液体として存在します。

ファラデーは固体のロウ自体は燃えないが、溶けたロウは可燃性の気体に変化すると指摘しています。炎を作るために必要なものは可燃性の気体と空気のなかの酸素の両方です。毛細管現象により、重力に反して溶けたロウの液体が芯に引き上げられます。燃料と酸素は化学反応を起こし、光が生ずると同時に燃料は消費されます。

飯田先生は、炎の色がなせ様々なバリエーションを持つのかについても説明しました。炎の色はその温度によって異なり、異なった化学物質を加えると異なった色になること(flame test、炎色反応)を説明しました。さらに、燃焼の際にできるろうそくの頭の部分のくぼみが作られる仕組みを説明しました。

また、講演参加者よりの様々な質問にお答えする形で、ろうそくの炎の燃焼に関して、
   1)異なった色の炎ができる条件
   2)ろうそくの炎に光を当てた場合に出来る影の特異な性質とその要因
   3)炎の燃焼を長引かせることのできる要因(芯の長さ、ロウの材質など)
   4)炎色反応を水質の検査に利用する応用例
   5)炎から上がる水蒸気の観察方法など
について、より具体的な説明がありました。

飯田博一先生の講義は、マイケル・ファラデーの講演が青少年を魅了したように、物理的な現象の観察の興味深さを聴講者に喚起しました。

以下、マイケル・ファラデー著、「ロウソクの科学」(岩波文庫)より引用。
「この王立研究所にわざわざ来てくださったお返しに、私は皆さんに、この連続講演のテーマとして、「ロウソクの科学」を選びました。私は前の機会にもロウソクを取り上げましたが、もし私の好きなようにテーマを選べるなら、ほとんど毎年くりかえしてこのテーマを取り上げたいと思うほどです。このテーマには、面白い点がたくさんありますし、これが示してくれる科学のさまざまな分野への多様な道筋がすばらしいからです。宇宙のすべてを支配する諸法則の中で、ロウソクが燃える現象に何らかの役割を果たしていないもの、また、何らかの関係を持っていないものはありません。」(21ページ)

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