研究No.8 お手軽光化学

この実験は調べてもなかなか出てこないと思います。(なぜならこの実験を考えたのが私なので…)
この実験のメカニズムは完全に解明されていないので、こうではないか？という私の仮説を紹介します。

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Fe^2＋イオンです。

余談ですが、実は「硫酸第一鉄」という名称は昔の呼び名で、今は「硫酸鉄(Ⅱ)」と表記するのが普通です。しかしAmazonで売られているものを見てみると、硫酸第一鉄という表記が多いのです。なぜでしょうね？

ところで、水を温めて水蒸気にするときに火を使うと思うのですが、この水→水蒸気の変化のために熱エネルギーを水に与えていることになりますよね？世の中には物質の状態を変化させたり、化学変化を起こさせるために、外部からエネルギーを与えないといけないものが数多くあります。

この実験もメチレンブルー→ロイコメチレンブルーの化学変化の際、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。

話は変わりますが、あなたの身の回りにあるもの、例えばペンや本、机や壁などは、いろんな色を持っていますよね。世の中にある物質は、その物質ごとに決まった色の光を吸収し、吸収されなかった色の光は反射され、私たちの目に届きます。例えば目の前に赤色の風船があったとして、その風船は光源からの光のうち赤色以外の光を多く吸収して、吸収されなかった赤色光は反射します。この光が目に入ると私たちの脳は『この風船は赤色である』と認識するのです。

この実験で使ったメチレンブルーも懐中電灯からの光を一部吸収して、吸収した光のエネルギーを使ってロイコメチレンブルーとなります。

では、何色の光が吸収されているのでしょうか？カラーセロハンを使って試してみてください。