実験 2 食べられる青色のクレヨンの作製実際に青くて食べられるクレヨンを作ることを目指して染料を変えて実験を行った食べても安全な材料でクレヨンを作成するためにロウソクを米ぬか蝋にサラダ油は米油に換えたまた染料は適当なものを探すためドライブルーベリー青色の食紅紫キャベツを用いて実験を行

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いちえいちゅうか
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食べられるクレヨンを作ろう - 青色のクレヨンを作る- 石塚彩世岩田涼佑大庭潤小林優大原誠人山中希未斗神奈川県立厚木高等学校 2 年 I 組 1 班 Abstract We did our investigation to develop eatable and blue crayons to reduce the harm when children eat them.

First, we found the appropriate proportion of oil to candle but we could not create eatable and blue one. It s because the dye we used couldn t be mixed with oil and candle.

1 食べられるクレヨンを作ろう - 青色のクレヨンを作る- 石塚彩世岩田涼佑大庭潤小林優大原誠人山中希未斗神奈川県立厚木高等学校 2 年 I 組 1 班 Abstract We did our investigation to develop eatable and blue crayons to reduce the harm when children eat them. According to previous study, there are eatable crayons made from natural material. We thought that we could create eatable and blue crayon by using the natural blue material. First, we found the appropriate proportion of oil to candle but we could not create eatable and blue one. It s because the dye we used couldn t be mixed with oil and candle. 1 背景目的子供がクレヨンなど身近なものを誤って食べてしまう事故が後を絶たない私たちは子供が安心して遊べるように食べても安全なクレヨンを作ろうと考えた先行研究によると青色以外の天然の色素では食べても安全なクレヨンが商品化されていることが分かったそこで私たちはまだ作られていない青色の食べられるクレヨンを開発することにした 2. 仮説ブルーベリーや紫キャベツなど天然の青色の色素を含む身近な物から抽出した色素で食べても安全な青色のクレヨンンを作ることができる 3. 方法実験 1 通常のクレヨンの作製食べられるクレヨンを作る前に通常のクレヨンの作製における最適な油とロウの割合や冷やし方を検討した染料として適量のスダンⅢと双子葉類の葉を用いたまたサラダ油ロウソクは分量を変えて最適な割合を求めたさらに完成品の硬さを上げるために試作品によっては片栗粉も加えたまず耐熱皿でロウソクを加熱して融かし液体にして芯を取り除くその間にビーカーに油と染料を加えてロウソクが完全に融けるのを待つその後融けて液体になったロウをビーカーに加えてそのビーカーを冷やす ( 図 1) 最後にある程度冷え固まった試作品を取り出し空気中に放置してさらに固まるのを待った ( 図 2) 冷やす方法は常温でゆっくり冷やす方法と氷水で急速に冷やす方法を試した ( 表 1) 表 1 サラダ油とロウソクの割合及び冷やし方や片栗粉の量試作品番号蝋そく ( 本 ) サラダ油 (ml) 染料 ( 適量 ) 葉スダンⅢ スダンⅢ スダンⅢ スダンⅢ スダンⅢ スダンⅢ スダンⅢ スダンⅢ 冷やし方氷水氷水氷水氷水常温常温氷水常温氷水片栗粉 (g) 図 1 氷水で冷却している様子図 2 試作品を取り出したところ

実験 2 食べられる青色のクレヨンの作製実際に青くて食べられるクレヨンを作ることを目指して染料を変えて実験を行った食べても安全な材料でクレヨンを作成するためにロウソクを米ぬか蝋にサラダ油は米油に換えたまた染料は適当なものを探すためドライブルーベリー青色の食紅紫キャベツを用いて実験を行ったまた

その液体に炭酸水素ナトリウム水溶液を少しずつ加えて青色にした ( 図 3) その後米ぬか蝋を耐熱皿で加熱して融かし青色にした紫キャベツの色素油の順で加えた ( 図 4) 図 3 紫キャベツからとった液体を青色にした様子図 4 融けた蝋に青色の紫キャベツの液油を加えころ 4.

2 実験 2 食べられる青色のクレヨンの作製実際に青くて食べられるクレヨンを作ることを目指して染料を変えて実験を行った食べても安全な材料でクレヨンを作成するためにロウソクを米ぬか蝋にサラダ油は米油に換えたまた染料は適当なものを探すためドライブルーベリー青色の食紅紫キャベツを用いて実験を行ったまた紫キャベツの色素は塩基性において青色を呈する性質を利用するため炭酸水素ナトリウム水溶液を用いたドライブルーベリーの色素を抽出するためドライブルーベリーを乳鉢と乳棒ですりつぶし粉末状にした青色の食紅は実験 1 と同様に米ぬか蝋を加熱して融かしそこに米油と青色の食紅を加えた紫キャベツの場合は純水にいれてゆでて紫色の色素を抽出した次にその液体に炭酸水素ナトリウム水溶液を少しずつ加えて青色にした ( 図 3) その後米ぬか蝋を耐熱皿で加熱して融かし青色にした紫キャベツの色素油の順で加えた ( 図 4) 図 3 紫キャベツからとった液体を青色にした様子図 4 融けた蝋に青色の紫キャベツの液油を加えころ 4. 結果実験 1 通常のクレヨンの作製表 2 各試作品の完成度試作品試作品完成度完成度番号番号 1 崩れやすく色が出ず感触は油っぽい 6 硬くてもろい 2 固まらなかった 7 力を入れるとすぐ崩れた 3 崩れやすく描きづらい 8 軟らかく描きづらい 4 色がうすくもろい程よい硬さで全ての試作品の中から 5 の中では最も描きやすいで最も描きやすい染料の量は試作品の完成度にあまり影響を及ぼさずロウソク 3 本の中の融けたロウの質量は 3.9 g だった実験 2 食べられる青色のクレヨンの作製ドライブルーベリーを用いた実験ではドライブルーベリーが粉末状にならず先の手順に進めなかった食紅を用いた実験では融けた米ぬか蝋に米油と食紅を加えたところ食紅と米油米ぬか蝋が混じり合わなかった紫キャベツを用いた実験でも融けた米ぬか蝋米油紫キャベツからとった液体が混ざらなかった 5. 考察実験 1 にて描きやすいクレヨンの作成の最適な油とロウソクの割合は油が 1.5 ml 蝋は 3.9 g であったまた氷水で急速に冷やしたほうがよいということを明らかにしたしかし油やロウと混じる安全な青色の染料を見つけることができなかったため青色の食べられるクレヨンは作れなかった 6. 今後の展望ロウに染色液を混ぜるのではなくロウで染色液を抽出することを検討する

3 防音壁に適した素材の探求 -Sound Proofing Wall- 上原珠莉大石かなえ桐原百合香竹田美穂中本理絵神奈川県立厚木高等学校 2 年 I 組 2 班 Abstract In this project, we searched soundproofing, cost and ease of processing for the best material to make the soundproofing wall. So, we did two experiments and acquired some data about rubber sheet, cork sheet and acrylic board. Concretely, we examined soundproofing, flexibility, weight, density, price, ease of processing and surface condition. Especially, flexibility and density is involved in soundproofing. As the result of these experiments, we came to conclusion that cork sheet is the best material. 1. 背景目的防音はプライバシーを保護する上で重要な役割を果たすしかし仮設住宅や集合住宅では十分な防音を得ることが難しいというのが現状であるそこで今研究では防音性が高く安価で扱いやすい防音壁を作ることを目的にそれに適した素材を発見するための実験を行った本研究における防音性とは素材を通して音を聞いた際に吸音と遮音によってどれだけ音量が小さくなるかを表すものとする先行研究より吸音性が高い物質は柔軟性が高く遮音性が高い物質は密度が高いことがわかっているまた吸音性は表面積が大きくなると高くなることもわかっている 2. 仮説同じ厚さであれば柔軟性と密度の高さを兼ね備えた物質がより防音性に優れている 3. 方法 3.1 準備実験器具としてレーザー照射機重りとして用いる消しゴムアルミホイルホワイトボード録音と音量の計測用のスマートフォン音源として用いるクロマチックチューナー (cm 3 ) のアクリルボックス ( 以下箱とする ) マーカーとして用いる養生テープ比較用の素材を用意した比較用の素材であるゴムシートアクリル板コルクシートは全て 2 mm に統一した 3.2 操作今研究で使用する素材の質量と体積を計測し密度を算出したまた実体顕微鏡で各素材の表面を観察したさらに比較材料として同面積を購入した場合の各素材の値段と素材を切断した際の扱いやすさについてまとめたその後柔軟性と防音性を比較する実験を行った柔軟性を比較する実験は図 1 のように素材にレーザー光線を当て反射光をホワイトボードへ照射し重りを置く前後の照射位置の差を計測した具体的な方法としてはまず土台にのせた素材にレーザー光を斜め上方から照射し反射してホワイトボードに投影させた位置を確認した次に素材の中央部に重りをのせて湾曲させ同様にレーザー光を照射し照射位置の差を計測し表 1 にまとめたその際コルクシートとゴムシートは光を反射しなかったためアルミホイルを被せた防音性を比較する実験は音を鳴らした状態のクロマチックチューナー ( 以下音源とする ) へ箱を被せスマートフォンを用いて音量を計測したまた比較用に音源のみの場合も計測した箱は図 2 のようにゴムシートを内側に貼り付けたものコルクシートを貼り付けたものアクリ

4 ル板を内側に貼り付けたものを用意した計測にはアプリケーション騒音測定器を用い箱からスマートフォンまでの距離を 13 cm 離して各 4 回録音した今回は楽器のチューニングに用いられることの多い 442 Hz の音を 10 秒間録音しその平均値をデータとして検証した重りを置く前重りを置いた後照射位置の差照射機素材ホワイトボード図 1 柔軟性を比較する実験装置について図 2 左からゴムシートコルクシートアクリル板を貼り付けた箱素材箱スマートフォン音源 13cm 図 3 防音性を比較する実験装置について

4. 結果結果を表 1 表 2 に示す密度はアクリル板ゴムシートコルクシートの順に高く防音性はアクリル板コルクシートゴムシートの順に高かったことから防音性と密度には関係性が認められなかったまた柔軟性は高い順にコルクシート

防音壁に適した素材はアクリル板の防音性との差が非常に少なく軽くて扱いやすいコルクシートであるという結論に至った表 1 ゴムシートコルクシートアクリル板重さ [g] 28.4 4.7 21.4 密度 [g/cm 3 ] 1.

56 扱いやすさ比較的に簡単に切ることができサイズ調整がしやすい柔らかく切りやすいが崩れやすいため隙間ができやすい表面の状態少しざらつきがある小さなものが重なり合い隙間がある切るために専用の器具を使う必要がある (

5 4. 結果結果を表 1 表 2 に示す密度はアクリル板ゴムシートコルクシートの順に高く防音性はアクリル板コルクシートゴムシートの順に高かったことから防音性と密度には関係性が認められなかったまた柔軟性は高い順にコルクシートゴムシートアクリル板であり防音性と柔軟性にも関係性は認められなかったゴムシートは密度と柔軟性のどちらにおいても二番目で遮音性と吸音性の両方で優れていると予想していたが防音性は一番低かった今研究の目的である防音壁に適した素材はアクリル板の防音性との差が非常に少なく軽くて扱いやすいコルクシートであるという結論に至った表 1 ゴムシートコルクシートアクリル板重さ [g] 密度 [g/cm 3 ] 柔軟性 [cm] 値段 [ /cm 3 ] 扱いやすさ比較的に簡単に切ることができサイズ調整がしやすい柔らかく切りやすいが崩れやすいため隙間ができやすい表面の状態少しざらつきがある小さなものが重なり合い隙間がある切るために専用の器具を使う必要がある ( 今回はカッターを使用し三時間以上かけて完成させた ) 凹凸が全くなく無色透明であるため下の台の表面しか見えない表 2 実験結果音源のみゴムシートコルクシートアクリル板 1 回目回目回目回目平均結果は第一小数点を四捨五入した単位は db とする

6 5. 考察アクリル板の防音性が高かったのは密度が高く遮音性に優れていたためと考えられるコルクシートがゴムシートより防音性が高くなったのはコルクシートの特殊な構造による表面積の増加と柔軟性による高い吸音性がゴムシートの防音性を上回ったためと考えられるアクリル板がコルクシートよりも防音性に優れていたのはコルクシートの柔軟性がアクリル板の約 7 倍であるのに対しアクリル板の密度がコルクシートの約 17 倍と高かったためであると考えられる 6. 参考文献音が伝わる仕組みと防音材アプリケーション騒音測定器

7 気体による音の変化 - 固有振動数と分子量の関係 - 今屋天海早淵稜弥對馬拓実土屋諒悟猪俣晴紀神奈川県立厚木高等学校 2 年 I 組 3 班 Abstract When we breathe helium gas, our voice will become so high. We want to demonstrate the phenomenon and to know what happens with other gasses. We make an experiment which is a model of a vocal tract with 5 kinds of gasses. The result shows that as the molecular weight of gasses decreases, the frequency increases. 1 背景目的ヘリウムガスを吸うと声が高くなる私たちはこの現象がなぜ起こるのかに興味を持ったこの現象を考えるのにあたりまずはヘリウムガスを吸った際に何が変化するのかを考えた今回は簡単のためにすべての気体を理想気体として扱うヘリウムガスを吸っても喉や肺の中の圧力温度体積は変化しないと考えられる理想気体の状態方程式 pv=nrt より圧力温度体積が変化しないのならば物質量も変化しないことがわかるよって変化するのは気体の分子量のみであるつまりは気体の密度だけが変化する次に人の発音方法について調べた声帯で作られた音が声道と呼ばれる喉や口鼻といった空洞を通ることで声が作られるそもそも声帯で作られる音には様々な周波数の音が含まれているしかし音が声道を通るときに声道内にできる定常波の共鳴を利用して特定の周波数の音だけが増幅整音されるこれによって言葉などといった複雑な音の発音が可能となる共鳴とは音の周波数が物体の固有振動数と一致した際に音が増幅され大きくなる現象であるそこで共鳴について考えた気体が共鳴するときにできる定常波の周波数は弦の場合と同様に音の三要素の公式 v=fλ より音速と波長に大きく影響される波長 λ は温度等と同様にヘリウムガスを吸ったとしても変化しないと考えられるまた先行研究より音速 v は v= (k/ρ) という式にしたがうことがわかっているここでkは流体の体積弾性係数であり ρ は密度である体積弾性係数 k は高校の学習内容には含まれていないので今回は扱わず各気体で一定のものとする密度 ρ は前述のように気体の分子量にのみ影響される以上のことから分子量の違いが共鳴を利用した発音のシステムに影響を与えていると考えられるヘリウム ( 分子量 4.0 以下気体名後のかっこ内の値は分子量を表す) は空気 (28.8) に比べて 7 分の 1 程度の分子量しか持たないこの分子量の大きな違いによってヘリウムガスを吸うと声が非常に高くなると考えられるここで私たちは逆に分子量が空気に比べて大きな気体例えば酸素 (32) や二酸化炭素 (44) では声が低くなると考え次の仮説を導いた 2 仮説音の周波数 ( 固有振動数 ) は媒質気体の分子量が小さくなるほど大きくなるこれは次式で表される f=k (1/M) ただし K=1/λ (krt 10 3 /p) (f: 周波数 M: 分子量 k: 体積弾性係数 R: 気体定数 T: 気体の温度 p: 気体の圧力 )

20 cm になるまで集める水上置換により各気体の圧力を一定にすることが可能となり仮説の式と同様に気体の分子量にのみ注目することができる次にスマートフォンアプリ Frequency Sound Generator を用いてイヤホンから発音し 0 Hz から周波数を上げていき最初に共鳴する周波数 ( 固有振動数 ) を測定する

8 3. 方法ヘリウムとは異なり酸素や二酸化炭素を直接吸入するのは非常に危険であるそこで私たちは人の発音方法をモデルにし音の共鳴に着目することのできる実験を考案した今回の実験の目的は水素 (2.0) ヘリウム空気酸素二酸化炭素について各気体の固有振動数を測定し分子量との関係を調べることである図 1 に実験装置の写真と模式図を示す模式図よりイヤホンが人の声帯気柱が声道に相当するイヤホンマイク気柱図 1 実験器具の写真 ( 左 ) と模式図 ( 右 ) まず管を水で満たし水上置換で各気体を気柱の長さが 20 cm になるまで集める水上置換により各気体の圧力を一定にすることが可能となり仮説の式と同様に気体の分子量にのみ注目することができる次にスマートフォンアプリ Frequency Sound Generator を用いてイヤホンから発音し 0 Hz から周波数を上げていき最初に共鳴する周波数 ( 固有振動数 ) を測定する音の大きさの増減から容易に共鳴が起きたかを判断することができるまたはじめに定常波ができるのは基本振動なのでその周波数が固有振動数と言えるこの際気体内で集音を行うことで周囲の環境の影響を少なくすることができるなお実験の条件は気温 20 気圧 1020 hpa とした 4. 結果表 1 測定値気体水素ヘリウム空気酸素二酸化炭素分子量 (g/mol) 周波数 (Hz)

9 周波数 (Hz) 測定値 - 理論値分子量 (g/mol) 図 2 測定値と理論値のグラフ水素とヘリウムは共鳴が 10~20 Hz に渡って起きたため音の大きさが増減した値の平均値を測定値とした図 2 で理論値は最も理論の分子量に近いと考えられる実験 2 での空気の実験値を基準とした曲線は最近似曲線 ( 累乗近似 ) である 5. 考察仮説通り分子量が小さくなるほど周波数 ( 固有振動数 ) は大きくなることが示された図 2 が示すように測定値が理論曲線とほぼ一致した水素とヘリウムの測定値が理論曲線から外れたのは測定に時間がかかったのと空気よりも軽いために管内から一部が逃げてしまったためと考えられるまた水素とヘリウムの周波数に幅があった原因はそこでの周波数が比較的大きいために 1 Hz の全体に対しての割合が小さくなったこと音の増減を調べるのが人に依っていたことがあげられる 6. 今後の展望今回の実験では空気も含め 5 種類の気体についてのものだった今後気体の種類を増やした実験を行いさらに詳細なデータを得たい今回の実験では各気体同士での圧力の違いを無くせるという利点のある水上置換法で気体の捕集を行ったただこの方法だと水に溶けにくい気体しか扱えないという欠点がある今後気体の種類を増やすためにはこの利点はそのままにこの欠点を補える新たな方法を考案する必要がある例えば置換に利用する液体を水ではなくベンゼンなどの有機溶媒に換えることでそれが可能になるしかしこの方法では不揮発性の有機溶媒が置換に用いることができる程大量に必要である今回は実験の都合上気柱の長さを 20 cm としたしかしそのために分子量の小さな水素とヘリウムの固有振動数が非常に大きくなってしまい共鳴が 10~20 Hz に渡って起きるという問題が生じた今後の実験では今回のデータを踏まえ気柱の長さを適切なものにすることでこの問題を解消したい例えば気柱の長さを倍の 40 cm にするだけでも水素の固有振動数は半分の 1600 Hz 程になり測定が容易になると考えられる

10 また共鳴が起きたかどうかを知るのは音の増減から容易とはいえ結局は人の判断に依ってしまっていたこれにも PC のソフトなどを活用してデータ上で行えるようにしたいこれも前述の問題の解決につながると考えられる 7. 参考文献石綿良三図解雑学流体力学田中正隆株式会社ナツメ社 2007 年声が作られる仕組み

11 植物からガラスを作る ~もみ殻の再利用 ~ 石井伶奈長田拓之押尾新笹貫百花佐藤創太西池雄大神奈川県立厚木高等学校 2 年 I 組 4 班 Abstract The purpose of this study is to make rice husks into glasses. In thus study, we investigated whether it is possible to make lead glasses from rice husk ash instead of SiO2, the main component in lead glass, so we compared using rice husk glass to using the SiO2 glass. This study reveals that we can make green glasses from rice husk ash. We analyzed ash with X-ray diffraction. As a result, we found that it has amorphous SiO2. 1 背景目的現在日本国内では 196 万トンのもみ殻が発生しているこれらのもみ殻は土地の改良や家畜のえさなどに利用されているしかし全体の約 20% つまり約 40 万トンは廃棄されていることから ( 図 1) この廃棄されているもみ殻に利用価値を見出そうと考えたイネ科植物にはガラスの主成分となるケイ素が多く含まれていることから ( 図 2) イネ科植物において最もガラスの作製に適している部位を特定し実用化にむけてガラスに色を付けること強度を上げることを目的に研究を進めた図 1 もみ殻の利用状況図 2 ケイ素の含有量 2. 仮説ガラスの色を決定づけるのは金属イオンである植物の部位によって含まれている金属イオンは異なるので作成するガラスの色も異なるまたガラスを作成する際に灰の量の増加に伴い金属イオンとケイ素の量も増加するのでガラスの色は濃くなり強度も高くなる 3. 方法方法 1: ガラスの作製に適した植物の部位の特定ガラスの作製に適した植物の部位の特定をするため学校の敷地内に生えていたイネ科植物であるネズミムギを使用し実葉茎の 3 つの部位についてガラスを作成したネズミムギを乾熱滅菌機で乾燥させ部位ごとに分けた後それぞれを加熱して灰にした ( 図 3) 今回は融点が低く比較的に簡単に作成できる鉛ガラスの材料を参考に二酸化ケイ素をネズミムギの灰に置き換えてガラスを作成したネズミムギの灰 1.3g 四ホウ酸ナトリウム 4.0g 酸化鉛 3.35g をるつぼに入れガスバーナーで 10 分間加熱した ( 図 4)

図 3 乾燥後のネズミムギ図 4 加熱中のるつぼ方法 2: ケイ素の含有の確認もみ殻にガラスの主成分となるケイ素が含まれていることを確認するためもみ殻の灰の X 線回折を行った方法

9 g(3 倍 ) に変えて作成した今回はイネのもみ殻を使用したまた灰の中の不純物を取り除きケイ素の割合を大きくするためもみ殻を完全に白い灰にした後ふるいにかけた ( 図 5) また

ガラスに含まれる金属イオンの推定もみ殻から作成したガラスの色の特定を行うため鉛ガラスにもみ殻に含まれていると考えられる銅イオンとして酸化銅 Ⅱ0.1 g 鉄イオンとして酸化鉄 Ⅱ0.

結果と考察方法 1: ガラスの作製に適した植物の部位の特定ネズミムギの実から作成したガラスは黄緑色葉は黄土色茎は茶色になった ( 図 6) 実にはガラスの色を緑色にする鉄イオンと銅イオン

12 図 3 乾燥後のネズミムギ図 4 加熱中のるつぼ方法 2: ケイ素の含有の確認もみ殻にガラスの主成分となるケイ素が含まれていることを確認するためもみ殻の灰の X 線回折を行った方法 3: ガラスの色と強度灰の量を増加するとガラスの色が濃くなり強度も高くなることを確認するため方法 1 における植物の灰の量を 1.3 g(1 倍 ) 2.6 g(2 倍 ) 3.9 g(3 倍 ) に変えて作成した今回はイネのもみ殻を使用したまた灰の中の不純物を取り除きケイ素の割合を大きくするためもみ殻を完全に白い灰にした後ふるいにかけた ( 図 5) また実験の再現性を高めるためそれぞれの灰の量のガラスを 3 回ずつ作成した図 5 左 ; ふるいにかける前のもみ殻右 ; ふるいにかけた後のもみ殻方法 4: ガラスに含まれる金属イオンの推定もみ殻から作成したガラスの色の特定を行うため鉛ガラスにもみ殻に含まれていると考えられる銅イオンとして酸化銅 Ⅱ0.1 g 鉄イオンとして酸化鉄 Ⅱ0.1 g を加えたものを作成したさらに酸化銅 Ⅱ0.02 g と酸化鉄 Ⅱ0.1 g を加えたものを作成しこれらのガラスと方法 3 で作成したガラスを比較した 4. 結果と考察方法 1: ガラスの作製に適した植物の部位の特定ネズミムギの実から作成したガラスは黄緑色葉は黄土色茎は茶色になった ( 図 6) 実にはガラスの色を緑色にする鉄イオンと銅イオン葉には黄色にするニッケルイオン茎には赤色にする硫黄イオンが含まれていると考えられるまた葉と茎から作成したガラスは濁っていたのに対して実から作成したガラスは透き通っていたためガラスの作成に適した植物の部位は実だと考えられるなおガラスの温度を急激に下げてしまったため実と茎のガラスは割れてしまった

図 6 上段 ( 左 ) 鉛ガラス ( 右 ) 実のガラス下段 ( 左 ) 葉のガラス ( 右 ) 茎のガラス方法 2:

もみ殻の灰のピークと二酸化ケイ素のピークが重なっておりこれはもみ殻の中に二酸化ケイ素が含まれていることを示しているグラフが山なりになっているのは

方法 3: ガラスの色と強度灰の量が 1.3 g(1 倍 ) のガラスはうすい茶色 2.6 g(2 倍 ) のガラスは黄色 3.

もみ殻にはガラスの色を緑色にする鉄イオンと銅イオンが含まれていると考えられるさらに灰の量を増やすとガラスをるつぼから流し出すときの粘度が高くなったことから

13 図 6 上段 ( 左 ) 鉛ガラス ( 右 ) 実のガラス下段 ( 左 ) 葉のガラス ( 右 ) 茎のガラス方法 2: ケイ素の含有の確認乳鉢ですりつぶさないもみ殻の灰と乳鉢ですりつぶしたもみ殻の灰の 2 種類を X 線回析にかけた点が二酸化ケイ素のピークを示す ( 図 7 8) もみ殻の灰のピークと二酸化ケイ素のピークが重なっておりこれはもみ殻の中に二酸化ケイ素が含まれていることを示しているグラフが山なりになっているのはもみ殻の灰の中には結晶の二酸化ケイ素以外に非結晶の二酸化ケイ素も含まれているためだと考えられる図 7 乳鉢ですりつぶさないもみ殻図 8 乳鉢ですりつぶしたもみ殻方法 3: ガラスの色と強度灰の量が 1.3 g(1 倍 ) のガラスはうすい茶色 2.6 g(2 倍 ) のガラスは黄色 3.9 g(3 倍 ) のガラスは緑色になった ( 図 ) これは灰の量を増やすとガラスの色を決定づける金属イオンの量も増加するためだと考えられるまたもみ殻にはガラスの色を緑色にする鉄イオンと銅イオンが含まれていると考えられるさらに灰の量を増やすとガラスをるつぼから流し出すときの粘度が高くなったことからケイ素の量が増加しガラスの強度が高くなったと考えられる図 9 灰の量が 1 倍のガラス左から 1 回目 2 回目 3 回目図 10 灰の量が 2 倍のガラス左から 1 回目 2 回目 3 回目図 11 灰の量が 3 倍のガラス左から 1 回目 2 回目 3 回目

14 方法 4: ガラスに含まれる金属イオンの推定鉛ガラスに酸化銅 Ⅱ0.1 g を加えたものは濃い青色酸化鉄 Ⅱ0.1 g を加えたものは黄色酸化銅 Ⅱ0.02 g と酸化鉄 Ⅱ0.1 g を加えたものは緑色になった ( 図 12) 作成したガラスに色以外の違いは見られなかった方法 3 で作成したガラスと比べてみると鉛ガラスに酸化銅と酸化鉄を加えたガラスの色が類似していることからもみ殻には銅イオンと鉄イオンが含まれていると考えられる図 12 上段左から鉛ガラスに酸化銅 Ⅱを加えたガラス酸化鉄 Ⅱを加えたガラス酸化銅 Ⅱと酸化鉄 Ⅱを加えたガラス下段左からもみ殻の灰の量が 1 倍のガラス 2 倍のガラス 3 倍のガラス 5. 結論植物の実から作ったガラスは黄緑色葉は黄土色茎は茶色になったまた実から作成したガラスのみが透き通っていたことからガラスの作成に適している植物の部位は実であることが分かったそして現在大量に廃棄されているもみ殻からガラスの作製に成功しもみ殻の量を増やすことでガラスの色を黄色から緑色に変えられることも分かったこれはガラスの中の鉄イオンと銅イオンの量が増加したためだと推測されるもみ殻の中にはガラスの主成分となるケイ素が含まれていることからもみ殻の量を増やすとガラスの粘土が高くなった今後は実際にガラスの強度について測定するさらにもみ殻の灰の系統分析を行い金属イオンの特定をするとともに実用化する際のコストも考えていきたい 6. 参考文献もみ殻の廃棄量含有量植物とケイ酸色ガラスづくり植物からガラスを作る 7. 謝辞本研究を進めるにあたりご助言頂いた東京工芸大学工学部基礎教育研究センター松本里香教授に感謝いたします

15 結露を防ぐ小宮瑶杉野匠高﨑光津田達郎中村佑生間瀬竣介神奈川県立厚木高等学校 2 年 I 組 5 班 Abstract To prevent condensation of cup, we focus on defogger spray. It contains Surfactant like soaps and shampoos. So we prepared some familiar Surfactant and applied them to side and bottom of cup. Furthermore, we made Surfactant from CaCO₃ and NaOH. But they couldn t prevent condensation. Water gathered on cup s bottom. 1. 背景目的冷たい飲物をコップに入れて置いておくと机に水滴がつくそれを簡単な方法で防ぐことを目的とした窓のくもり止めスプレーには界面活性剤が使われているので日用雑貨で界面活性剤が使われているものを使えば防ぐことができると考えたまたコップの材料によっては表面についた水滴を吸収するのではないかとも考えたさらに身の回りの界面活性剤はぬめりがあるものがほとんどであるがこのことは界面活性剤の性質との知見はないのでぬめりのない界面活性剤を自作することにした 2. 方法実験 1 実際に界面活性剤を塗ったとき結露を防ぐことができるかを確かめるために歯磨き粉や石鹸などの身の回りの界面活性剤を側面に塗ったビーカーと何も塗っていないビーカーを用意し 100 ml の氷水を 3 分間入れた場合に水滴の付き方に違いが出るかを比較して観察したまた木製のコップにも一定量の氷水をいれこちらもしばらく置いて観察した実験 2 炭酸カルシウム (CaCO3) や水酸化ナトリウム (NaOH) をサラダ油と混ぜながら加熱し界面活性剤を作成したそしてこれらを側面に塗り氷水 100 ml を入れ 3 分間置いて観察した結果は液体石鹸を塗ったときの結果と比較した 3. 結果実験 1 結果を表 1 に示すビーカーにはどの界面活性剤でも側面に水滴がつかなかったが底に水滴がつかなかったのは歯磨き粉だけだった ( 図 1) ( 表 1) ビーカー木製のコップ側面底底に水が溜まった歯磨き粉固形石鹸液体石鹸 ; 水滴がつかなかった ; 水滴がついた

活性剤であっても NaOH で作成した界面活性剤であっても側面に水滴はつかなかったが底にはどちらとも水滴がついた ( 図 3 5)

16 図 1. 歯磨き粉を塗ると底には水が溜まらなかった図 2. 石鹸はどちらも水が溜まった実験 2 界面活性剤を作成して実験 1と同様の実験を行い観察した結果を表 2 に示す CaCO3 で作成した界面活性剤であっても NaOH で作成した界面活性剤であっても側面に水滴はつかなかったが底にはどちらとも水滴がついた ( 図 3 5) 自作した界面活性剤と液体石鹸を比較したところ結果は同じであった ( 図 4) 表 2 実験 2の結果界面活性剤側面底 CaCO3 で作成 NaOH で作成液体石鹸図 3. ビーカーに入っているものが CaCO3 で自作した界面活性剤ふた付の容器に入っているのが液体石鹸色が異なっていることがわかる図 4. 液体石鹸, 水, サラダ油を混ぜたもの図 5.NaOH で作成した界面活性剤, 水, サラダ油を混ぜたもの液体石鹸, 水, サラダ油を混ぜたものと比較すると, 図 3 と同様に色が異なっていることがわかる 4. 考察身近な界面活性剤は結露を防ぐというより水と混ざって流れ落ちたと思われるその結果としてそこに水が溜まり結露を防ぐことはできなかった歯磨き粉は結露を防いだように見えるが界面活性剤ではないため界面活性剤とは異なる作用で防いでいると考えられるさらにこれらにはぬめりがあるため結露を防げても実用性は低いまた木製のコップ結果については今回使ったものがペン立てであったために水が漏れだした可能性がある構造がしっかりした木製のコップで検証すれば異なる結果が得られる可能性がある 5. 参考文献石鹸百科 (URL:

17 電気分解 - 金属に色をつける- 高橋洸矢大塚紫乃加藤康佑田地川蒼太中村美月平川雄太神奈川県立厚木高等学校 2 年 I 組 6 班 Abstract Metals colored with paint come off colors. We want metal s colors to last and we find that using electrolysis makes them last. So we want to discover pattern which metals color. 1. 目的塗料で金属に着色すると落ちてしまうことが多いしかし電気分解で着色する方法であれば色落ちを防ぐことができるアルミニウムにおける電気分解による着色の原理は表面に薄い酸化アルミニウムの膜が形成されることにある自然に形成されるものは 1 nm ほどでとても薄いが電気分解により厚い人工的な酸化被膜を作ることができるこの作業は陽極酸化皮膜処理と呼ばれ処理条件を変えることにより厚さを変えることが可能となる酸化被膜の色は干渉色で説明されることから条件の変化が色の違いに関連していると考えられる電解液の中にアルミニウム板を入れこれを陽極として弱い直流か交流または交直流の電流を流すと表面に酸化皮膜が形成されるこの時電解液の種類濃度温度電流密度などの処理条件やアルミ合金の種類を組合せることにより銀, 金, 黒色を着色することや耐摩耗性を付与したより硬い皮膜をつくることができる今回の研究では水溶液の種類と処理時間に着目し処理条件による色の違いを明らかにすることにした 2. 仮説電解液の種類や電気分解の処理時間により着色する色が異なる 3. 方法アルミニウム板を陽極鉛版を陰極として電気分解装置につなぎ水溶液の種類や処理時間を変えた実験 1 処理時間の検討電気分解の処理時間により着色する色が異なることを確認するため電解液に硝酸 (0.1 mol/l), 水酸化ナトリウム水溶液 (0.1 mol/l) を用いて電気分解を行った処理時間は 30 分間と 60 分間とし着色した色の違いを確認した実験 2 電解液の検討電解質の種類により着色する色が異なることを確認するため硫酸硫酸アルミニウム水溶液硝酸炭酸水素ナトリウム水溶液塩化アルミニウム水溶液水酸化ナトリウム水溶液の 6 種類を電解液として用いた各電解液の濃度は 0.1 mol/l としたなお処理時間は 60 分としたこれらの水溶液を選んだ理由は水溶液中にアルミニウムイオンを含むもののほうが酸化皮膜を形成しやすいと考え硫酸アルミニウム水溶液と硫酸を用いたまた酸化力が強い硝酸を用いたそして ph の違いで着色する色は異なるのか確認するために弱塩基性の炭酸水素ナトリウムと強塩基性の水酸化ナトリウム水溶液を用いた最後に塩化アルミニウムは中性でかつアルミニウムイオンを含んでいるものとして選んだ

18 4. 結果実験 1 処理時間の検討 30 分間処理したものよりも 60 分間処理したものの方がより濃く着色した ( 表 1) 表 1 処理時間による違い実験 2 電解液の検討硫酸水溶液よりも硫酸アルミニウムのほうが色が濃く虹色がかった色が着いた炭酸水素ナトリウム, 水酸化ナトリウムは白単色が着いた塩化アルミニウム水溶液は灰色が着くというよりアルミ板が溶けて灰色に着色した表 2 電解質液による違い 4 5. 考察表 2より硫酸アルミニウム硝酸は虹色に着色したため三原色が出せているそのため偏光の技術を組み合わせれば単色を取り出せるのではと考えたまた白に着色した硫酸炭酸水素ナトリウム水酸化ナトリウムは表面に酸化アルミニウムではなく硫酸鉛や炭酸鉛などほかのものがアルミニウムの表面に付着したと思われるそのため塩基性や中性は陽極酸化皮膜処理には向かないと考えられる 6. 結論電気分解の時間を長くすると着色する色が濃くなる電気分解で用いる水溶液を変えると着色する色が変わる炭酸水素ナトリウム水酸化ナトリウム水溶液が白くなったので塩基性の水溶液は白くなる硫酸と硫酸アルミニウム水溶液の比較により水溶液にアルミニウムを含むものを使うとより色が濃くなる 6. 参考文献アルミ表面処理 - 電化被膜工業吉崎メッキ化工所ホームページ

19 汚れた水をろ過する!! 井芹友里乃小原井桃香橋本野乃美濃島由佳宮坂愛美海渡辺舞神奈川県立厚木高等学校 2 年 I 組 7 班 Abstract We wanted to make dirty water to clean. So we made filter ourselves. We experimented using various filter materials to find the best way of cleaning it. We succeed in filtration of dirty water. 1. 背景目的近年東日本大震災や熊本地震など地震などの災害が多く発生している東日本大震災では地震直後に貯水槽が壊れるなどして水不足が問題として発生していたそこでもし私たちが被災した際同様のことが起こると思われるそのような事態になったときに少しでも水不足が解消できるよう簡便で有効な手段を開発するため今回の研究を行うことにした 2. 仮説ペットボトルなど身近で手に入りやすい材料から作成したろ過装置でも水を浄化することができる 3. 方法 3.1 準備ろ過装置製作綿ガーゼ砂利活性炭ペットボトル輪ゴムシャワーの水 COD の調査試験管過マンガン酸カリウム(0.005 mol/l) 硫酸(6 mol/l) ビーカーろ過前の水ろ過後の水図 1 実験に用いたろ過装置貯め置きの古い水を使うことを想定し今回は長年使われていないシャワー室のシャワーの水を利用した 3.2 操作ろ過装置製作最初にペットボトルの底を切り取りペットボトルの口をガーゼで覆い輪ゴムで留める次にろ材を目が細かく密度の高いものが下になるように下から順は綿活性炭砂利の順になるように詰める ( 図 1) 切り取った底の側からシャワーの水を入れろ過する

COD の調査 5 本の試験管に過マンガン酸カリウム水溶液を 1.0 2.0 3.0 4.0 5.

同様の操作をろ過後の水でも行う COD は次式で説明される過マンガン酸イオンの反応 MnO4 - + 8H + + 5e - Mn 2+ + 4H2O 酸素の酸化剤としての反応 O2 + 4e - 2O 2- 水浴後沈殿し沈殿前と比べ

0 ml 以上にすると紫色が残った ( 図 2) ろ過後の水ではろ過後は水浴前と水浴後の変化はほぼなかった ( 表 2 図 3) 表 1 ろ過前の水過マンガン酸カリウムの量表 2 ろ過後の水過マンガン酸カリウムの量図 2 ろ過前の水図 3

20 COD の調査 5 本の試験管に過マンガン酸カリウム水溶液を ml それぞれホールピペットで正確に測って入れるさらに硫酸を 1 ml ずつ入れるそれらの試験管にろ過前の水を 10 ml ずつ入れる試験管を 80 程度で 30 分間加熱してどの試験管まで過マンガン酸カリウムの紫色が消えたかを調べる同様の操作をろ過後の水でも行う COD は次式で説明される過マンガン酸イオンの反応 MnO H + + 5e - Mn H2O 酸素の酸化剤としての反応 O2 + 4e - 2O 2- 水浴後沈殿し沈殿前と比べ色の薄くなった試験管が多いほど試料の水は COD が高く汚れているということになる 4. 結果ろ過前の水では水浴前より紫色が薄くなり沈殿が多くできた ( 表 1) 特に過マンガン酸カリウムの量を 3.0 ml 以上にすると紫色が残った ( 図 2) ろ過後の水ではろ過後は水浴前と水浴後の変化はほぼなかった ( 表 2 図 3) 表 1 ろ過前の水過マンガン酸カリウムの量表 2 ろ過後の水過マンガン酸カリウムの量図 2 ろ過前の水図 3 ろ過後の水の実験後の様子 5. 考察ろ過前の水で行った実験で変化があったことからこの水は COD が大きく汚いと言えるろ過後の水で行った実験では変化がほぼなかったことからろ過後は COD が小さくなったと考えられるこの結果より私たちの作ったろ過装置によって水が浄化されたと考えられる 6. 参考文献 [1] 神奈川化学塾 (2000) 化学の実験新生出版 [2] メタウォーターランドペットボトルで簡単ろ過実験

実験 2 食べられる青色のクレヨンの作製実際に青くて食べられるクレヨンを作ることを目指して染料を変えて実験を行った食べても安全な材料でクレヨンを作成するためにロウソクを米ぬか蝋にサラダ油は米油に換えたまた染料は適当なものを探すためドライブルーベリー青色の食紅紫キャベツを用いて実験を行

実験 2 食べられる青色のクレヨンの作製実際に青くて食べられるクレヨンを作ることを目指して染料を変えて実験を行った食べても安全な材料でクレヨンを作成するためにロウソクを米ぬか蝋にサラダ油は米油に換えたまた染料は適当なものを探すためドライブルーベリー青色の食紅紫キャベツを用いて実験を行食べられるクレヨンを作ろう - 青色のクレヨンを作る- 石塚彩世岩田涼佑大庭潤小林優大原誠人山中希未斗神奈川県立厚木高等学校 2 年 I 組 1 班 Abstract We did our investigation to develop eatable and blue crayons to reduce the harm when children eat them. According to