ある物質が光を吸収すると、そのエネルギーを使って化学反応を起こします。この化学反応のことを「光化学反応」といいます。光によって色素が変化する様子を見てみましょう。
メチレンブルーが皮膚についても害はありませんが、しばらく取れなくなります。気をつけましょう。酸性が強めな液体を扱うので、金属製の道具類の使用は避けてください。
使用器具および試薬
使用器具
・懐中電灯(スマホのライト機能でも可)
・シャーレ(またはメチレンブルーの青色が観察しやすいような色の皿型容器。金属はNG)
・スポイト
使用試薬
・硫酸第一鉄(または硫酸鉄(II))
・水槽用メチレンブルー
・クエン酸
実験方法
1.
水、クエン酸、硫酸第一鉄を50 mL：20 g：1 gの割合で混ぜて溶かす。
2.
完全に溶けたら水槽用メチレンブルー水溶液を1mL入れる。
3.
溶液をシャーレに移し、懐中電灯の光を数秒当てて、離してみる。
後片付け
実験後の水溶液は、大量の水で薄めて流しに捨てるか、キッチンペーパーに含ませて燃えるゴミとして処分してください。
硫酸第一鉄の粉末が余ったら、そのまま燃えるゴミでもいいですが、勿体無いと思ったら漬物作りに使うことができます。
ポイント
この実験を一言で言うと「光エネルギーを使ったメチレンブルーの構造変化」です。
メチレンブルーは通常青色ですが、これが化学変化すると「ロイコメチレンブルー」という無色の化合物に変わります(具体的な化学変化の説明は、中学校理科の範疇を超えるので割愛)。
また、ロイコメチレンブルーが空気に触れるとメチレンブルーに戻ります。これにより化学変化を繰り返し起こすことでメチレンブルー⇄ロイコメチレンブルーが交互に現れるので、青色⇄無色となります(水槽用メチレンブルーの場合、他の色素によって見え方が違うことがあります)。
ただこの化学変化はメチレンブルーが勝手に起こせるものではありません。化学変化を起こしやすくするための「触媒」が必要です。その触媒として使うのが「硫酸第一鉄」を水に溶かした時にできるFe2＋イオンです。
懐中電灯の光。つまり光エネルギーを使っているのです。光エネルギーを吸収したメチレンブルーは、同じ溶液中のFe2+イオンの助けを借りてロイコメチレンブルーとなります。
部屋や太陽の光でもこの反応は進行しますが、ロイコメチレンブルーがメチレンブルーに戻る変化も同時に起こっているので、変化していないように見えます。そこに懐中電灯の強い光が合わさることでメチレンブルー→ロイコメチレンブルーの変化が多くなるのです。