五感で感じる化学(4)—モルって何?

ヨシダヒロコです。

前回はサイエンス界の大問題を取り上げてかなり脱線してしまったので、今回は普通に行きます。前の前に予告した通り「モルって何?」です。

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この概念は高校化学の教科書では最初の方にあるのですが、わたし自身思い切りつまずいたというか。実はこれが分からないとその先かなりの部分が分からなくなってしまいます。自分がどうしたかというと、地道に教科書を読んで問題を解いて(計算です)、多分下のビデオにあるようなことを何となく理解したのだと思います。

アボガドロ数というマジックナンバーがあります。すごく桁の大きい数ですが、これがひとかたまりになっている、例えば「ダース」や「カートン」のような概念と考えてください、ということをどっちの動画でも言っています。

アボガドロ数の語源であるアボガドロという人は(ファーストネームはアメデオですが貴族なので本当の名前は長い)化学では超有名人で、トリノ出身のイタリア人です。次回どういう人だったのかを少し書きます。ここに写真が出ていますね。

The-Mole-2015

pdf欲しい方はこちらから。

http://www.compoundchem.com/wp-content/uploads/2014/10/The-Mole-2015.pdf

下の動画2つのうち、最初のスピーカーはプレゼンサイトTEDでも有名な人のようです。2つめは出所がはっきりしないですがイギリス発のようで、ものの例えに出してくるお菓子の違いが面白いです。

(TEDサイト https://www.ted.com/speakers/tyler_dewitt

この2つの動画では「モルとは原子のひとかたまり、その数を表すのがアボガドロ数。桁が大きいので10を23回かけたのは右上にまとめて書いてある」とあります。次回書こうと思っている周期表にも関係あるのですが、周期表にある数字は飾りではなくて、例えば「すいへーりーべ、ぼくの船」で6番元素である炭素には周期表で12と書いてあり、1モルが12gです。塩化水素(水に溶かすと塩酸になる=HCl)は1モルの質量がH=1.0、Cl=35.5なのでHCl=36.5gです。基本の基本はこんな感じです。なお、この1モルの質量(重さをきちんと表す言葉)は、教科書のもっと前で習う分子量と同じです。

また、「標準状態」と言われる状態があり、0℃、1気圧を指します。この状態で気体である物質は1モルの体積が皆22.4Lになります。この”L”はライフサイエンス分野では大文字になっていることが多いようですが、化学の教科書では小文字です。見やすくするために大文字にしました。

探したらこういう画像があったので、22.4Lがどれほどの大きさかお分かりでしょうか。

Un_mol_de_gas_ocupa_un_volumen_de_22.4_L

Description Español: Un mol de cualquier gas en condiciones normales de presión y temperatura tiene un volumen de 22.4 L
Date 26 October 2015
Source Own work
Author Viviana Rosalía Tello Mendoza

(スペイン語タイトル訳:標準気圧と温度にある気体1モルは22.4L

またモルに関連して、モル濃度(mol/l)という用語を翻訳者の方はよく見かけるかもしれません。モル数を水1Lとかで割ってあげればいいです。他に、化学反応式(たとえば2H2+02→2H2O)で表されるような化学反応はモルを理解しているととても分かりやすいです。

今書いたような話を英語で読んでみたい人、カリフォルニア大デイヴィス校が教育目的でこんなテキスト出しています。他の部分も基礎の確認に使えそうですね。

https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Introductory_Chemistry_Textbook_Maps/Map%3A_Introductory_Chemistry_%28CK-12%29/10%3A_The_Mole/10.06%3A_Avogadro%27s_Hypothesis_and_Molar_Volume

思い切り簡単なものがいいという方、にはこれ。ブルーバックスは他にもマンガを出しています。この「モル」の本は結構使えるのでは。計算がセリフで沢山出てきますが、手を動かして計算するのも大事です。他に違う漫画家さんで「化学史」の本もあります。

次回は「周期表、原子、分子とは?その1」です。

おまけです。

イタリアの動画で、タイトルは「うちでできるすごい実験8つ」。画面のセンスがいいので、ゆるーく見ていただければ。それはうちではなくてバカンス先では?ってのも混じってます。YouTuber 2人による作品らしいです。監修の方によるとうちでできない危険な実験が混じっているとのことで要注意だそうです。

監修:原典行(元東京工業大学大学院 物質科学専攻助教)

五感で感じる化学(2)――料理は化学だ!――朝ドラ『ごちそうさん』め以子の場合

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初めましての方もいらっしゃると思います。

ヨシダヒロコと申します。同姓同名が多いのでカタカナにしています。

「五感」と書いていますが、匂い(嗅覚)やさわり心地(触覚)は文章のみの表現になります。もし様々な障害などでコンテンツが感じ取ることができないけれど、もっと内容について知りたい方は、コメント等でお知らせください。なお、わたし自身は別のタイプの障害者です。

前回から時間が空きました。秋からBSで再放送している、杏主演の朝ドラ『ごちそうさん』を見ています。東から西に、またはその逆に移動してカルチャーショックにという話はよくありますが、このドラマはヒロインの東京の実家がやっている洋食屋がとってもおいしそうなのと(戦前なのに)、後に大阪に引っ越して以降も、知らない食べ物や文化がこれでもかと出てくるところがすごいです。商店街で相談して夕飯の献立決めたというの、うちの近所でもあったらしいです。

め以子は子供のときから食い意地の張った女の子でしたが、ある時料理に目覚めるときがきます。相手役の悠太郎(東出昌大)は長身で大阪人なので、め以子の女学校の友達に「通天閣」とあだ名をつけられてしまいますが、手違いで下宿生として住むことに。ある時め以子が科学の試験で追試を食らってしまい、ぜんぜん分からないので帝大建築科の悠太郎にお願いして教えてもらいます。それがとても面白い。

ごちそうさん10話「黄身と出会った」

www.nhk-ondemand.jp/goods/G2013051435SA000/

(NHKオンデマンドへのリンク)

ごちそうさん11話

http://www.nhk-ondemand.jp/goods/G2013051436SA000/

ごちそうさん12話(ここが話の肝!週末の完結話)

https://www.nhk-ondemand.jp/goods/G2013051437SA000/

12話だけでもいいし、前2話くらい見たらもっと分かるかなと思います。前回予告で題名を「化学」と言っていたのですが、ドラマでは「科学」でした。ただどちらかというと料理は化学の要素が強いですので、タイトルはそのままにします。

お互いツンツンしていた2人が科学のあれが面白いといって盛り上がるのですが、それは悠太郎が「分からないところが分からないのでは」と図星を突いたことをいい(勉強が分からないときは往々にしてそうだと思います)、食べ物を例にして教え始めたからです。

例えば、ドラマ中でめ以子の父がスコッチエッグを半熟にしたいと苦労していましたが、ある工夫で解決します。そこには物理と化学の間くらいが絡んでいます。写真探したら、半熟スコッチエッグ(Soft-boiled scotch egg)はその工夫をせずともできるようですが、肉を多くしたかったらああなるのかな。

Scotch Eggs

iStock

他に出てきたのは、牛乳はコロイド(colloid)という粒子が浮かんでいて白く見えること。岩波理化学辞典によると、コロイドとは通常の原子よりも大きい粒子を形成している状態で、グレアムが見つけました。他にもタンパク質やデンプンなど多くの例があります。

Bottle and glass of milk

iStock

乳化(emulsification)も出てきました。油と水が混じることで、ドレッシングといえば分かるでしょうか(最近ノンオイルのものもありますけど)。マヨネーズもそうです。

italian_dressing

Wikipedia: ITALIAN DRESSING! HANDS OFF

パスタ料理を作る人はご存知と思いますが、シンプルなものほど難しいです。赤唐辛子とにんにくとパスタのゆで汁の塩味でほぼ決まるぺペロンチーノ(アーリオオーリオ)はうっかりしょっぱくなったり唐辛子が辛くなったりします(当社比)。乳化は大事とあるとき知って試していて、今回タブレットを持ちつつ撮ってみました。オリーブオイルのフライパンにゆで汁を入れて揺すって混ぜます。水と油が混じるのがうまく見えるでしょうか。

おいしい作り方のコツを教えている動画(10分)も見つかりました。乳化は3分20秒過ぎと6分過ぎから最後近くまでです。

参考:【失敗しない】美味しいペペロンチーノを作るためのレシピ科学

http://r.gnavi.co.jp/g-interview/entry/1768

魚拓

他に出てきたよくある現象はタンパク質の凝固(coagulation)です。卵はタンパク質でできているので熱で固まります。ベーコンエッグやハムエッグなら両方凝固しますね。

Hot fried eggs in a pan

iStock

め以子は苦手だった通天閣に好感を持つようになり、それはお互いなのですが、科学も料理もつながっていて生活に根ざしており、どっちも面白いと気がついたのでした。そしておいしいご飯を作るのに情熱を燃やすようになるのです。

ちなみにこの「料理は科学」、49話~54話の「君をあいス」で作った新メニューでも生かされます。

料理と化学に関して参考本。以前「大さじ2杯は何グラム?」などと言っている建築系の人がいて、なるほどそういう発想もあるかと。その人が選んでいた本がこんな系統だったかと思います。

http://www.seishun.co.jp/book/15812/

最後におまけ動画です。

次回第3回は「モルって何?」です。第1回にも書きましたがわたしも最初分かりませんでした。

監修:原典行(元東京工業大学大学院 物質科学専攻助教)

五感で感じる化学(1)――わたしが化学を学んだきっかけ

初めましての方もいらっしゃると思います。

ヨシダヒロコと申します。同姓同名が多いのでカタカナにしています。

「五感」と書いていますが、匂い(嗅覚)やさわり心地(触覚)は文章のみの表現になります。もし様々な障害などでコンテンツが感じ取ることができないけれど、もっと内容について知りたい方は、コメント等でお知らせください。なお、わたし自身は別のタイプの障害者です。

上の方に書いてある通り、化学を最も得意にしている翻訳者ですが、実は大学入試のときに理系に進むのさえ危ぶまれました。中学生までは数学が少々苦手だったかもしれないくらいでしたが、高校理科(普通科理系では生物が取れず物理・化学)そして数学には泣かされました。科学者で文章がうまい人がいて、そういう方のエッセイなど読んでなりたい進路があり、どうにかならないかなと思いながら吹奏楽ばかりしていました。

化学に関しては、複数のきっかけがあって「美しいものだ」と思うようになりました。高校理系でも多分実験はあまりないのではと思います(後に教えた生徒さんにも聞いた)。手を動かすと覚えやすいのですけどなかなか難しいらしく、先生が代わりに金属イオンが反応した色水を試験管立てに沢山持ってきてくれました。正確には「無機化学」という分野で、例えば炭素の入っていない鉱物の結晶などを扱います。その色水が面白かったので、正直モルの計算はできないわ、実力テストで赤点取るわ(理系科目全部そうだった)のわたしでも、勉強してみようかという気になりました。サボっていたのは部活が忙しかったからで、引退後はひたすら勉強していました。

その色水は、英語の画像と動画で示しますが、「金属イオンの反応と沈殿反応」などと呼ばれます。うまく使えばいろいろな金属イオンが混ざったものに硫酸などの試薬を加え、順番に分けていくことができます。ものによってはとても色がきれいだったり、ぱっと色が変わったりして楽しいのです。下の画像は、周期表でいうと上から4列目くらいの元素の色です。

Transition-Metal-Ion-Colours-Aqueous-Complexes.png

Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives licence by Compound Interest

もしあの試験管の色水がなかったら、進路が違っていたかもしれません。これを読む皆さんにも化学に苦手意識がある人が多いのではないかと思いますが、結構それはもったいないです。次回も書きますが、とても身近なものですから。読者は翻訳者さんと何らかの理由で化学に興味を持った方を想定していますが、これは自然界の基礎なのです。理屈は分からなくても、不思議だとか面白いな、と思ってもらえたら幸いです。

もうひとつ、カラフルな反応で高校時代良く覚えているのは、炎色反応です。写真はすべてWikipedia英語版”Flame Test” (https://en.wikipedia.org/wiki/Flame_test)(ドイツ語版からの引用が混じっている)です。実際に見たかはよく覚えていません。

異なる元素の溶液をガスバーナーで加熱するといろんな色になるのですが、一番身近な例は花火で、他には味噌汁や煮物が吹きこぼれたときぱあっとオレンジ色になるのはナトリウムの、鍋を火にかけていてガスが青緑の炎になるのは銅の炎色反応です。最近多いIHだと分からないでしょうけど。
女の子連れで花火大会に行き、花火を見て「炎色反応」と言い出す男性を野暮だという感想を見かけたことがありますが、そうでしょうかね。

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Gas flame used for flame test of coppersulphate. 13. jun 2005 Søren Wedel Nielsen {{GFDL}} {{cc-by-sa-2.5}}

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リチウム 

Flame test Lithium, karminrot         Source: German Wikipedia, original upload 24. Jan 2005 by Herge (selfmade)

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ナトリウム

The flame test for sodium displays a brilliantly bright yellow emission due to the so called “sodium D-lines” at 588.9950 and 589.5924 nanometers.
by Søren Wedel Nielsen

flammenfarbungsrストロンチウム

カルシウムに似た「アルカリ土類金属」というグループの仲間。ちなみに自然界の多くの元素には放射性同位体(放射線を出して異なる元素に変換するもの)はありますが、このストロンチウムには天然の放射性同位体はありません。

Flame test Strontium, rot Source: German Wikipedia, original upload 24. Jan 2005 by Herge (selfmade) [[de:Bild:{{subst:PAGENAME}}]] {{PD}} Category:Flame test\

高校化学はいろんな分野が1冊になっていて後に塾教師などになったとき教えるのに「やりにくい」と思いましたが、わたしの時代は最後に「有機化学」がありました。アルコールとか石けんとか石油とかプラスチックとか普段近くにあるもので、その頃にはめでたくモルの計算もできるようになっていました。

こういう写真を見られる本としては下のものがあり、高校生によく見せていました。

改訂版 視覚でとらえるフォトサイエンス化学図録 数研出版

https://www.chart.co.jp/goods/item/indexes/5794.html

高校理科4科目揃い、iPad版があります。物理はDVDがあるんですね。参考書でも値段がお手頃な方です。他にも図録が安くありますので、書店で手にとって副読本にどうぞ。

このシリーズは12回くらい書くつもりですが、その2は「料理は化学だ!――朝ドラ『ごちそうさん』め以子の場合」です。

おまけで実験動画をつけておきます。わたしも何使っているか全部は分からないけど笑ってしまいます。アカウント名も素敵です。

監修:原典行(元東京工業大学大学院 物質科学専攻助教)

ノーベル生理学・医学賞受賞、トウ・ヨウヨウ先生の研究人生。

ヨシダヒロコです。

この記事の続きです。わたしのやっていたことは、今回の先生の方が近かったです。大村先生たちもどっちも天然物化学ですが。

天然物化学とは~ノーベル生理学・医学賞。

上の続きは大村先生の共同研究者、キャンベル先生を先にしようと思っていたのですが、「むしブロ」のブログ主であるクマムシ博士の記事が面白かったのでトウ先生を先にしました。

クマムシ博士は独立系と言っていいのでしょうか?いきなり本題から外れますが、例えばさかなクンもそうですけど、比較的自由にものが言えて一般の人にも取っつきやすい科学者も増えてほしいものです。収入源など難しい面もあるかもですが。

ノーベル賞受賞者トウ・ヨウヨウ氏はダンゴムシをつぶしたか

480px-Artemisia_annuaWikipedia英語版より、クソニンジンの写真。植物にはこういう変な名前ありますね。

大きな成果を挙げた研究者をどう呼ぶか、普通の文章ででは少し悩んでしまいますが、トウ先生の場合は「博士」と呼べないのです。実はトウ先生の頃、大学院というものが中国になく、博士号が取れなかったそうです。

2014年にノーベル賞を予想していた日本科学未来館の科学コミュニケーター古澤さんのブログ記事。「博士」の事実誤認以外はとても分かりやすいです。薬の元になったクソニンジンの写真が他にもあります。
2014年ノーベル生理学・医学賞を予想する!番外編 ○○ニンジンは世界を救う!

事実関係については日英Wikipediaと、New Scientist “Nobel Prize goes to modest woman who beat malaria for China “(『中国のためにマラリアを撲滅した謙虚な女性がノーベル賞受賞』)、韓国のハンギョレ(比較的新しい新聞で、Wiki情報によると中道左派)『ノーベル医学賞共同受賞者のトウ・ヨウヨウ氏と大村智氏の特異な履歴』を参考にしてます。

まず、日本にある「漢方」は中国のものと同じと考えている見方が多いと思いますが、中国医学(中医学)とは別のものです。日本に入ってきてアレンジされたらしく、日本の中華料理みたいなものでしょうか。わたしは広島にいたときに漢方を取り入れた精神科医にかかっていたことがあって、ツムラとかではない煎じ薬(生薬)をもらっていたこともありました。煎じるのに時間がかかるので、辛くて台所に立てないときには不向きで、ツムラに変わりました。問診も独特で、横になった状態で舌の色を見たり、脈を取ったり、お腹をポンポンと叩いたりします。その問診のやり方が中医学では違うそうです。下のコラムは中国の方が書いていますが、その前からも中国で勉強してきた薬剤師さんの文章を読んでました。

意外に知られていない「漢方」と「中医学」の違いとは?

先ほどトウ先生が大学院教育を受けられなかったと書いたところですが、問題はそれだけではなく、毛沢東の命(ベトナム戦争で北ベトナムへ送るため)でマラリア薬の研究を始めたものの、時代は文化大革命でした。世界史の授業でも現代史に当たるため、よく知らない方もいるかもしれませんが、知識人をはじめとする反革命と見なされた人が弾圧されたのです。命があればいいほうか、あってもボロボロにされるか。トウ先生の夫は冶金エンジニアだったそうですが、収容所かどこかに送られていたそうです。国の高等教育もそうとうダメージを受けたそうです。

沢山の研究者が合成薬を研究するも失敗、中国医学の薬草で探すことにして、トウ先生が中国医学と西洋医学の薬に通じていたため白羽の矢が立ったとき、すでに中国と米国で240,000以上ものスクリーニングが失敗していました。毛沢東の523計画と呼ばれたそのプロジェクトに入ってすぐ海南島(マラリア流行地)に行き、半年後に帰ってきたら4歳の娘が自分の顔を覚えていてくれなかったばかりか、「変な女の人」と思われてしまったそう。夫はいないし。それでもトウ先生は「研究が最優先なので、喜んで家庭は犠牲にします」という感じだったそうです。海南島では末期のマラリアで死んでいく子供が多くいたそうです。

2000の処方を文献から持ってきて、380の抽出物をマウスに試し、マウス試験で有望だったのがクソニンジンArtemisia annuaでした。間欠熱(マラリア)に効くとされるものです。

一番最初のリンク2つに研究の大体のことは書いてありますが、古い文献(漢と隋の間の晋で、東晋時代)をひもといて、そこからヒントを得ます。『肘後備急方』は『応急処置の手引き』とクマムシ先生が訳していますが、英語では”Emergency Prescriptions Kept Up One’s Sleeve”となっており、肘後は「ハンドブック」らしいです(中国に詳しそうな鍼灸院さんのブログより)。1600年前の本です。ググるとどうもまだ図書館にあるようですね。Google Booksにもあります。2014年にBBCで15分のラジオドラマになったほど有名です。

上の方でわたしは漢方薬を「煮出す」と書きましたが、中医学でも普通はそうらしく、トウ先生もクソニンジンを煮出してマウスに与えたら何も活性はありませんでした。『肘後備急方』には、「草を2リットルの水に漬け、その汁を飲みなさい」とあったので、沸点35℃のエーテルで抽出しました。エーテルは暑い日には自然に蒸発していくような溶媒です。抽出物はマウスとサルで100%の活性。薬剤耐性の薬だ、と喜んだそうです(薬剤とは合成された薬クロロキンのことらしい)。

トウ先生は自分がリーダーだから、と最初の被験者になりました。1977年まで文化大革命のため研究は発表されず、研究者も匿名。だから、本国の研究者たちにNIHの人が尋ねても、アルテミシニンを作った科学者が誰だか分からないというようなことが起こりました。

先生の言葉。「科学者は全人類の健康のために努力を続ける責任があります。わたしの仕事は、国が与えてくれた教育の恩返しとして当然のことです」。さらに、夫、娘、孫と一緒にラスカー賞の授賞式に出たときは、「患者さんが治ることの方がもっと嬉しく思います」と語ったそうです。

クマムシ博士が書いていたように、まだ薬となる植物は中国医学方面からありそうな気もします。歴史が長いから文献をたどっていって。それに、たとえばチベットのような秘境を中国に含めるとすると、何か面白いものがありそうです。

おまけですが、わたしは大学時代の1年半、不真面目ながら中国語を履修していました。『黄色い大地』とか抽象的な映画を見せられて、どうも分かりませんでした。そこに『芙蓉鎮』の公開があって見に行きました。筋をおさらいしてまとめると、「美人で働き者のヒロインが、文化大革命のために人生を狂わされ、ひどい苦労をする」という話です。それまで見た映画ではっきりした個性を持った中国人は見えなかったのですが、やっと出てきた感じでした。
昔の映画なのにトレイラーありました。字幕見にくいです。