過酸化水素水で「象の歯磨き粉」実験をやってみた!


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過酸化水素水で「象の歯磨き粉」実験をやってみた!象の歯磨き粉
[注意]過酸化水素水は危険物及び劇物に指定されています。取扱には十分な注意が必要です。

皆さんは「象の歯磨き粉(Elephant toothpaste)」という実験をご存知ですか? 上の写真のように、猛烈な泡を吹き出す実験です。海外ではよく科学実験ショーで公開されることが多く、YouTubeなどでも紹介されています。この実験は市販されている35%の濃い過酸化水素水を用いると面白い結果が見られますが、一方で安全には十分留意する必要があります。

今回はこの実験を行ってみました。

 


「象の歯磨き粉」の試薬や道具を準備をしよう。

「象の歯磨き粉」は危険な薬品を使いますので、安全に十分注意しましょう。

【試薬】

  • 35%過酸化水素水 H2O2 50mL
  • ヨウ化カリウム KI 3.0g
象の歯磨き粉の試薬
過酸化水素水は酸化性液体として危険物第1類に指定されています。火気厳禁です! また、6%以上は劇物にも指定されており、皮膚に触れると炎症を起こし激しい痛みを伴います。目に入った場合は失明の恐れもありますので、必ず防護メガネ、白衣を着用してください。もし万が一、皮膚や目に触れた場合は多量の水で洗い流し、医師の診断を受ける必要があります。

これだけ危険な過酸化水素水ですが、ヨウ化カリウムを入れると不思議な現象が見ることができます。それを見るためには以下のものも用意しましょう。

【材料】

  • 台所洗剤(界面活性剤の多いものが良い。キュキュットはおすすめ!)
  • 食用色素(※2種類以上を使ってもOK)
これらの道具はドラッグストアで簡単に手に入ります。

象の歯磨き粉の材料

【器具】

  • 100mLメスシリンダー
  • ビーカー
  • 三角フラスコ
  • 薬さじ
  • 電子天秤
こちらの道具もコップや計量カップなどのキッチンにあるもので代用可能です。

まずはこれらの道具を使って、試薬を測りとりましょう!

 

試薬を測りとろう!

①過酸化水素水の混合液の作り方

まず、メスシリンダーで過酸化水素水を50mL測りとります。このとき防護メガネ・白衣着用は絶対です!

過酸化水素水の測定
一応メスシリンダーを使用して測りとっていますが、厳密でなくても大丈夫です。

過酸化水素水の測定
過酸化水素水をヨウ化カリウムで反応させるだけならこれで十分ですが、ここに一工夫加えることで「象の歯磨き粉(Elephant toothpaste)」用の材料に変えてしまいます。

先ほどのメスシリンダーに、台所洗剤を加えて75mLにしましょう。界面活性剤を多く含んでいますので、あまり環境に良い実験でないのがこの実験の難点です。

過酸化水素水に台所洗剤を入れる
さらにこの中に、食用色素を少量の水で溶かした色水を入れます。だいたい30〜50mLあれば十分色がつきます。

過酸化水素水に色水を加える
このとき入れる食用色素は化学反応とは全く関係がありませんが、色があるとカラフルで綺麗です(だから海外で人気なんですね)。食用色素はスーパーで売られている色を組み合わせることで様々な色ができますが、紫色色素だけは無色に変わってしまいます。

過酸化水素水の混合液
この混合液を軽くまわすようにして混ぜましょう。三角フラスコに入れたらOKです。なお、この入れ物も三角フラスコ以外でも大丈夫です。

混合液を三角フラスコへ移す
 

②ヨウ化カリウムの測定

次にヨウ化カリウムを測りとります。

100mLの小さなビーカーを電子天秤に乗せ、メモリをゼロに設定して3.0g測りとります。

ヨウ化カリウムの計測
ビーカーの中にある白い結晶がヨウ化カリウムです。こちらはこれで準備ができました。

 

泡が飛び出す!!びっくり実験!

先ほど作った過酸化水素水とヨウ化カリウムを準備したら、いよいよ実験開始です。写真では、ボックスの中に入れていますが、大きな入れ物の中で行うと後片付けが簡単になります。

象の歯磨き粉(反応前)
過酸化水素水の中にヨウ化カリウムを入れます。一気に全部入れてしまいましょう!

すると・・・

象の歯磨き粉
象の歯磨き粉 象の歯磨き粉 象の歯磨き粉 象の歯磨き粉 象の歯磨き粉 象の歯磨き粉
巨大な泡が出てきました! この大量の泡が歯磨き粉のように見えることが「象の歯磨き粉(Elephant toothpaste)」という名前の由来です。

また、写真では分かりにくいですが、湯気も立ち上ります。化学反応で熱が発生するためです。

 

まだまだ出るよ!

一度反応が始まると、すぐには止まりません。

象の歯磨き粉 象の歯磨き粉 象の歯磨き粉
下にボックスなどの入れ物を用意しておかないと、片付けのときに大変なことになってしまいますね。

この化学反応ヨウ化カリウムの質量や温度によって変わります。反応の終わりにフラスコの中を見てみると、過酸化水素水は完全になくなっています。

象の歯磨き粉のフラスコの中
最初に書いた通り、過酸化水素水の原液は扱いを誤ると大変危険です。しかし反応後のこの泡はもう触っても大丈夫です。発生したのはただの酸素なんです。洗剤を使っているのであとで手を洗えば問題ありません。ただし、繰り返しますが、火気厳禁です。

 

「象の歯磨き粉」の正体はただの酸素。

この反応は見た目の驚きがとても大きく、海外の科学実験ショーなどではよく行われています。しかし、洗剤や色水はあくまでビジュアルをよくするための小道具。この化学反応の正体は、ただの過酸化水素H2O2の分解反応なのです。その結果、水と酸素になってしまいます。

2H2O2 → 2H2O + O2

この反応は、過酸化水素水を瓶から出して放っておいてもゆっくり起こります。ここにヨウ化カリウムを入れることで、反応速度を急激に速めているのです。このような働きをする物質を「触媒」といいます。ヨウ化カリウムが多ければ多いほど反応は急激に起こりますが、多すぎると吹き出して顔にかかる可能性があるのでオススメできません。なお、この触媒の実験はスーパーで売っているドライイーストでも代用可能です(詳しくはこちらの記事にまとめてあります)。

また、さきほどの写真をよく見ると、泡の下にある混合液の色が変わっていますね。

象の歯磨き粉での溶液の色
35%過酸化水素水は、言い方を変えれば65%は水。ヨウ化カリウムは水によく溶けてカリウムイオンK+とヨウ化物イオンIになります。 ただしこのイオンの溶液は無色です。

KI → K+ + I

ヨウ化物イオンは次のような化学平衡の状態になります。

I3 ⇆ I + I2

赤褐色の正体は三ヨウ化物イオンI3です。少し難しい話になってしまいましたが、この色の正体はうがい薬のイソジンと実は同じものです。

反応後、この溶液も一緒に酸素と一緒に泡まみれとなって外に出てしまいます。泡をよく見ると、ところどころに茶色の跡が残っているでしょう。 象の歯磨き粉の正体 象の歯磨き粉の正体
 

 安全に気をつければ、大人気の実験です!

この実験のメリットは、とにかく見た目が面白いこと!科学の不思議を伝えたいときにはとても役に立つ実験でしょう。ただし、最初にも述べたように、安全には十分気をつけることが楽しい実験の必要条件です。また、後片付けの際、泡は洗わなければならないため環境にはあまり良くないことを承知してくださいね。

 

参照

【追記】
  • 2015.10.17 危険物に関する表記の誤りを修正いたしました。
  • 2013.12.18 記事をアップしました。

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