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甘い奇跡。 化学実験
甘い不思議が必要です：
混乱しないように、アクセスしやすく、よく研究されているものを実験に使用しましょう。 たとえば、砂糖。 さらに、夏の奇跡に取り組んでいる間、あなたはすでに彼といくつかの実験を実行しました。 砂糖入れの中の砂糖にはスクロースという化学名が付いています。 甘いものとそれほど甘くないものの最も近い親戚は砂糖と呼ばれます。 または次のようになります: 炭水化物。 同じです。 ショ糖をなめたり、噛んだり、お茶やお粥に入れたりすることができます。 そのために設計されています。 また、特別な許可なしに実験で得られた他のすべての物質を試さないでください。 そうしないと、甘い奇跡は苦い失望に変わってしまいます。 これからあなたが自分の目で見ることになるこの異常な現象は、科学的な観点から見ると非常に複雑です。 そしてそれは簡単です。 そして砂糖以外の物質は必要ありません。 精製砂糖を XNUMX ～ XNUMX 個と、結晶の形をした砂（できれば大きめ）を大さじ XNUMX 杯用意してください。 それは今のところすべてです。 いいえ、すべてではありません。やはり暗い部屋が必要です。 バスルーム、クローゼット、クローゼットとしましょう。 数分間はドアを開けたり電気をつけたりしないよう警告します。 暗闇の中に座って慣れると、視界がより鮮明になります。 そして、実験のために。 それらはXNUMXつだけです。 初めての体験は白砂糖でした。 砂糖を手にしっかりと持ち、あまり滑らかではない表面に数回力を入れて叩きます。 セメントの場合を考えてみましょう。 または、バスルームや階段の床を敷くために使用される粗いタイルの上にも使用できます。 適切な素材を選択し、その上で砂糖を引っ掻くコツを掴めば、暗闇に慣れている目であれば、砂糖の後ろに光る縞模様がどのように伸びるかに気づくでしょう。 確かに、彼らはすぐに出て行きます。 もしかしたらご自宅に透明な蓋が付いたコーヒーグラインダーがあるかもしれません。 この場合、精製砂糖をその中で粉砕してみてください（もちろん、これも暗闇の中で）。 そして今度は砂糖がはっきりと光ります。 しかし、なぜ？ 砂糖の結晶を硬い表面に押し付けると、激しい摩擦により小さな電気火花が発生します。 これがこの奇跡を説明する最も簡単な方法です。 XNUMX 番目の奇跡にも同じ説明があります。 このためには、乳鉢と乳棒、できれば磁器製の乳棒が必要です。 前と同じように、暗い部屋に数分間滞在します。 あらかじめ乳鉢に少量のグラニュー糖を入れておきます。 暗さに慣れたら、ゆっくりと円を描くように砂をこすってください。 次に、乳棒をより速く、より速く、さらにより速く動かします。 そして今、迫撃砲の中で小さな火花の輪が冷たい青い光で輝いています。 練習を終え、経験が完璧であれば、観客を暗闇に招待することができます。 動きを速めずにモルタルでゆっくりと実験を行うと、リングの代わりに個々の火花が現れることを覚えておいてください。これも印象的です。 次に砂糖の変換に移りましょう。 グラニュー糖を大さじ（できれば古いもの）に入れ、火の上に置きます。 焦げた砂糖またはキャラメルと呼ばれる、粘り気のある茶色の心地よい香りの塊が形成されます。 母親や祖母が料理のためにそれを準備しているのを見たことがあるかもしれません。 クレームブリュレアイスクリームの色や匂いも焦げた砂糖から得られます。 もちろん、スプーンがきれいであれば、味わうことができます。 砂糖の塊を直接火にかけて加熱するとどうなりますか? 確認しよう。 砂糖をピンセットやトングで持ち、キャンドルやマッチの炎の中に置きます。 砂糖は全く燃えません。 長く持っていると、キャラメルのような懐かしい香りと茶色がかった色が現れます。 経験を少し変えてみましょう。 タバコの灰を砂糖の塊に直接振りかけます（そして、私の知る限り、これは喫煙に少なくとも何らかの利益がある唯一のケースです。もちろん、健康のためではなく、化学的経験のためです）。 そこで、灰を注ぎ、砂糖の塊を炎にかざすと、今度は火が点くのがわかります。 確かに、砂糖はあまり明るく燃えず、燃えるにつれて溶けますが、それでも燃えます。 彼に何が起こったのですか？ 夏の不思議をしながら、あなたは植物に含まれる阻害剤をテストしました。 つまり、化学反応を遅らせる物質です。 そしておそらくそのとき私はこう思ったかもしれません：逆の効果を持つ物質、つまり反応を遅らせず、逆に加速させる物質があったとしたらどうなるでしょうか？ このような物質は実際に存在します。 それらは触媒と呼ばれます。 広大な化学産業全体において、触媒なしで行われる反応はそれほど多くありません。 反応が十分に速くない場合は、それに適した触媒が選択され、プロセスは数十倍、数百倍加速されます。 タバコの灰に含まれる物質は、砂糖の燃焼触媒として機能しました。 そして次の実験では触媒は酸になります。 その助けを借りて、XNUMXつの砂糖をXNUMXつに変えることができます。 より正確には、スクロース（砂糖ボウルに入っているもの）をグルコースとフルクトースに変えます。 ブドウ糖はブドウ糖、果糖は果糖とも呼ばれます。 シロップやジャムなど、私たちのためにおいしいものを作る工場では、このような変革が頻繁に行われます。 手作りジャムは、使わずに長い間放置しておくと糖化してしまうのはご存知でしょう。 結晶化実験と同じように、液体から砂糖の結晶が現れます。 歯ごたえがあり、全体的にジャムは以前のものとはまったく異なります... 店で販売されているジャムを使用すると、そのような災害ははるかに少なくなります。 ブドウ糖と果糖の混合物、つまりブドウ糖や果糖は保存中にほとんど結晶化しません。 通常の砂糖を触媒を用いて加熱することにより得られます。 産業では - 硫酸。 しかし、彼女は辛辣なので、関わらない方が良いです。 クエン酸は非常に弱いですが、たとえ少し食べても安全です。 グラニュー糖大さじXNUMX～XNUMX杯をコップ半分のお湯に溶かします。 ガラスの壁は薄くなければなりません（そうしないと破裂する可能性があります）。 ホーロー製のマグカップを持っていくとさらに安全です。 熱い溶液にクエン酸をひとつまみ直接入れてもいいし、もしその気があれば、レモン XNUMX 分の XNUMX 個の果汁を絞ってもよいでしょう。 もちろんこのジュースにもクエン酸が含まれています。 溶液の入ったグラスまたはマグカップを沸騰したお湯の入った鍋、つまりウォーターバスに入れ、そこにXNUMX分ほど置きます。 表面的には何も変わっていないように見えますが、実際には砂糖に関して深刻な変化が起こっています。 そして今、あなたはこれを確信するでしょう。 溶液の一部をボトルに注ぎ、それにメチレンブルー染料溶液を数滴加えます。 この染料は薬として使用され、薬局で販売されています。 ただし、リネン用の青インクや万年筆用の青インクを水で薄めて使用することもできます。 少量のアンモニアまたは洗浄ソーダ溶液をボトルに注ぎ、熱湯に入れて色を観察します。 まもなく、泡の内容物はほぼ無色になります。 通常の砂糖溶液を使用してまったく同じ実験を実行します - 色は変わりません。 これは、実際に砂糖に何らかの変化が起こったことを意味します。 その各分子は、グルコース分子とフルクトース分子という XNUMX つの小さな分子に分割されます。 これらの物質はどちらも甘くて食べられますが、化学的性質はスクロースの化学的性質とまったく同じではありません。 この混合物は通常転化糖と呼ばれます。 彼にもう一度化学検査をしてみましょう。 試験管に少量のアルカリ（アンモニアまたは洗濯用ソーダの沸騰した溶液）を注ぎます。 硫酸銅溶液を数滴加えます。 水酸化銅と呼ばれる物質の青い沈殿がすぐに現れます。 液体を注意深く排出し、調製した転化糖溶液をピペットで水酸化物沈殿に数滴加えます。 試験管を数回振り、もちろん蓋を閉めます。 沈殿物が溶解し、濃青色の溶液が形成されます。 しかし、それだけではありません。 濃青色の溶液が入った試験管を沸騰水浴中で加熱します。 溶液は最初に黄色に変わり、次にオレンジ色に変わり、最終的には赤い沈殿物が底に落ちます。 これらの反応は両方とも、甘い溶液中にグルコースが存在することを明確に示しています。 これを最終的に確認するには、薬局でブドウ糖の錠剤を購入し、XNUMX ～ XNUMX 錠を水に溶かし、硫酸銅とアルカリで両方の反応を実行します。 彼らはまったく同じ道をたどります。 ブドウ糖はブドウ（ブドウ糖と呼ばれていますが）だけでなく、多くの野菜や果物にも含まれています。 リンゴ、ナシ、ニンジン、キュウリのジュースを使って同じ実験を繰り返します。 リンゴや洋ナシなどを少しすりおろし、果汁を絞ってチーズクロスで濾し、転化糖液と全く同じように使います。 ところで、私たちは彼のところに戻る時間です。 サンプルを採取して鮮やかな反応を研究している間に、おそらくグラスやマグカップの中身が完全に冷えてしまったと思われます。 ブドウ糖と果糖の混合物を水浴中で加熱しますが、今回はガラスからの水分が蒸発するように加熱時間を長くします。 溶液は徐々に濃くなり、黄色に変わります。 すぐに蜂蜜のようになってしまいます... 驚くべきことは何もありません。 転化糖を蒸発させた溶液に蜂蜜または蜂蜜エッセンスを加えたものが人工蜂蜜です。 店頭でも販売されており、本物よりもはるかに安いため、料理によく使われています。 実際、ミツバチの蜂蜜はXNUMX分のXNUMXがグルコースとフルクトースで構成されています。 受け取った濃厚な液体を冷やし、天然蜂蜜を少し加え、かき混ぜて味見してください。まったく悪くありません。 クエン酸の代わりにオレンジジュースを使用して実験を繰り返すことができます。 または他の酸っぱいジュース。 または、非酸性ですが、クエン酸を加えたものもあります。 食用でおいしい製品を選んだので、まったく異なる、しかし常に安全に食べることができるおいしいシロップが届きます。 人工蜂蜜が十分に濃厚ではないと思われる場合は、より濃い砂糖溶液を使用し、より多くの水分が蒸発するように水浴に長く入れておきます。 ただし、早くするために直接火で加熱しようとしないでください。 蜂蜜は得られませんが、茶色のキャラメルが得られます。 調製したシロップは、たとえそれが非常に濃厚であっても、結晶化せずに液体のままであることに気づいたでしょうか? 実際のところ。 転化糖で作ったジャムは、実はほとんど砂糖漬けになっていません。 そのため、年長者がジャムを作ろうとするときに安全にアドバイスできます。ベリーや果物がもともと酸っぱくない場合は、調理が終わる前にクエン酸を加えても問題ありません。 あなたのアドバイスは、伝聞ではなく、あなた自身の経験に基づいて与えられているため、二重に価値があります... 彼らは、光るものすべてが金ではないと言います。 さらに付け加えておきますが、砂糖がすべて甘いわけではありません。 たとえば、グリセリン。 独特の甘みがあり、その名前も古代ギリシャ語で「甘い」を意味します。 しかし、その化学構造によれば、グリセリンはいわゆる多価アルコールに属し、糖類には属しません... これらの物質を味わうことなく、グリセリンと本物の砂糖、ブドウ糖を区別できる美しい反応を実行してみましょう。 洗浄用ソーダ溶液を沸騰させ、XNUMX 本の試験管 (または XNUMX 本のバイアル) に注ぎます。 一方の試験管にほぼ同量のグリセロールを加え、もう一方の試験管に同量のグルコース溶液を加えます。 次に、青い硫酸銅溶液を両方のバイアルに交互に数滴滴下します。 両方の試験管に青色の沈殿物が形成され、振盪すると容易に溶解し、濃い紺色の溶液が形成されます。 すでに化学を勉強したことのある人にとって、ここで驚くべきことは何もありません。グリセロールと同様に、グルコースにはアルコール基が含まれており、これらの物質の一部の反応は同じように進行するはずです。 しかし、一般に、これらの物質はあまり似ていないため、その違いは次の実験で検出できます。 XNUMX つのバイアルに入った濃い青色の液体を水浴中で加熱します。 色がどのように変化するかを観察してください。 グリセリンを含む溶液は加熱してもまったく反応せず、そのままの青色のままです。 しかし、グルコースを含む液体の挙動は異なります。加熱すると黄色の沈殿物が落ち、さらに加熱すると赤色に変わります。 この反応は多くの糖では典型的ですが、グリセロールではそうではありません。 グリセリンを本物の砂糖に変えることは可能ですか？ 私が言っているのは化学的な意味での砂糖のことであり、砂糖入れに入っている砂糖のことではありません。 化学的な意味では、変換することができます。 しかし、反応から生じた生成物を味わう必要はありません。 私たちは味ではなく色の反応でそれを認識します。 加熱しても青くならなかった同じ溶液を室温まで冷却し、医薬品用の過酸化水素を少量、XNUMX 滴まで加えます。 混合物をかき混ぜ、再び水浴、つまり熱湯の入った鍋に入れます。 そして今度は、ブドウ糖溶液とほぼ同じように動作します。最初は黄色に変わり、次に黄赤色に変わり、最後には赤い沈殿が形成されます。 ご記憶のとおり、グリセリンはグリセリンの特徴ではまったくなく、本物の砂糖だけの特徴です。 この変化は、強力な酸化剤である過酸化水素の影響下でグリセロールで起こりました。 ブドウ糖 (グルコース) は、古くから知られているシンプルで美しい別の化学反応によって、サトウキビやビート糖 (スクロース) と区別できます。 それを銀鏡反応といいます。 ここで「銀」という言葉は比喩的な意味ではなく、最も文字通りの意味で使用されています。この反応中に、薄くて光沢のある銀の層がガラス上に現れます。 薬局で、ブドウ糖のパック、アンモニアのボトル、硝酸銀を購入します。 ただし、写真やリーゼガング環の実験で「ラピス」という名前でよく知られているこの物質を覚えているかもしれません。 前と同様、ラピス鉛筆は不純物が含まれているにもかかわらず、私たちの実験には非常に適しています。 銀鏡反応の本質は、スクロースとは異なり、グルコースがその化合物から金属銀を還元できることです。 そして、この銀は、実験が正しく行われた場合、容器のガラス壁に薄い層の形で沈殿します。 非常に重要な警告: 容器は完全に清潔でなければなりません。 この反応は、外側からではなく内側から完全に輝くまで、彼らが言うように、事前に洗浄した試験管または透明なバイアル中で実行することをお勧めします。 たとえば、このように。 まず、ブラシを用意して、ソーダまたは粉末洗剤でボトルを洗います。 次に、同じソーダ（または粉末）と一緒に鍋に入れ、火にかけ、沸騰させます。 最後に流水で数回洗い流してください。 非常にきれいな容器に約20ml、つまり大さじXNUMX杯の普通の水を注ぎます。 砕いたグルコース錠剤を加えます - 通常、その重さはXNUMXグラムです。 錠剤が完全に溶けるまで水を振り、容器を脇に置き、XNUMX番目の溶液を取り出します。 ラピス鉛筆の先を少量の水に溶かし、アンモニアを一滴ずつ加えます。 最初に沈殿物が現れます。 アンモニアを滴下し続けると、沈殿物は徐々に溶解していきます。 完全に消えたらすぐにアンモニアの添加を止め、得られた溶液を水で約半分に希釈します。 次に、ブドウ糖溶液の入った容器に戻ります。 XNUMX番目の溶液を容器のほぼ上部まで満たすように注ぎ、かき混ぜ、沸騰したお湯のウォーターバスで加熱します。 今では、どんな状況でも素手で持ってはいけないことを思い出させる必要はほとんどありません。 洗濯ばさみまたは手作りのワイヤーホルダーを用意してください。 さらに良いのは、鍋の端に置いて手を解放できるホルダーを作ることです。 それはともかく、バイアルを適切に洗えば、すぐにその壁に光沢のある銀色の鏡が形成されます。 もしかしたら、私たちが望むほど美しくはならないかもしれません。 次に、同じように清潔な新しい容器を使用して実験を繰り返し、最初の溶液と XNUMX 番目の溶液の比率を変更してみます。 通常、ラピス液の摂取量を減らすか、ブドウ糖液の量を増やす必要があります。 スクロースは銀鏡反応を引き起こしません。 信じられないかもしれませんが、チェックしてみてください。 しかし、私は転化糖溶液を試すことを強くお勧めします。 実験はブドウ糖の場合と同じ方法で行われますが、自家製転化糖をXNUMX〜XNUMX倍使用します。 また、あなたの観察によれば、ブドウ糖を含む透明なジュースの一部がどのように動作するかも見てください。 今回は美しい鏡が得られない可能性がありますが、少なくともフレーク状に集まった銀の暗い粒子による反応に気づくでしょう。 最後にでんぷんを処理しましょう。 驚かないでください。 でんぷんは、甘くはありませんが、砂糖の仲間です。 その巨大で複雑な分子は、グルコースと他の単糖の多くの分子が結合して構成されています。 適切な条件下では、でんぷんはその構成部分に分解され、甘くなります。 しかし、デンプン分子が分解されるにつれてどんどん小さくなることをどうやって検出できるのでしょうか? ヨウ素の助けを借りて。 希ヨウ素チンキを使うとでんぷん色になることを覚えていますか? つまり、でんぷんが少なくなると色が弱くなるのです。 そして、そのすべての分子がその構成部分に崩壊すると、それは完全に消滅します。 小さじXNUMX杯の澱粉を鍋または清潔な缶に注ぎ、コップXNUMX杯の冷水を加え、かき混ぜて加熱し、透明な粘着性の溶液、つまり澱粉ペーストが得られるまで常にかき混ぜます。 それには触媒、つまり酸を加える必要があります。 そしてここで困難が生じます。 クエン酸を使用すると、デンプン分子は非常にゆっくりと分解されます。 お酢は加熱すると蒸発してしまうので不向きです。 同じ理由で、塩酸を扱うのは不便です。第一に、塩酸を時々鍋に追加する必要があり、第二に、部屋をよく換気する必要があります。 これは工場で行われていることです。少量の希硫酸を加えます。 しかし、このような腐食性物質を自分で扱うのは時期尚早だと思います。 したがって、あなたのためにほんの少し、文字通り小さじXNUMX、XNUMX杯の希釈した酸を準備するように年長者に頼んでください。 ホームセンターでも売られていますが、スプーンのためだけにボトル丸ごと買うのはやめたほうがいいでしょう。 自動車の運転手から数滴の酸を借りることができます。車のバッテリーには硫酸が充填されています。 長老の一人があなたのために酸を水で約XNUMX倍に薄めたら、必ず酸を水の中に注がなければなりません、その逆ではない、そうしないと火傷をする可能性があることを彼に思い出させてください。 たとえ数滴でも。 硫酸が非常に薄まると、それほど熱くはなくなりますが、衣服に穴が開く可能性があります。 したがって、酸性溶液をペーストの入った鍋または瓶に注意深く注ぎます。そこでは、まったく危険ではないほど希釈されています。 混合物を弱火にかけ、ゆっくりと煮ます。 液体が著しく沸騰した場合は、水を前のレベルまで追加します。 調理を開始したらすぐに、ピペットで熱い液体を XNUMX ～ XNUMX 滴取り、清潔なグラスに落とし、少し冷ましてから、別のピペットを使って、希釈したヨウ素チンキを滴下します。 覚えているとおり、青色が表示されるはずです。 時々、混合物の新しいサンプルを採取し、ヨウ素でチェックしてください。 青色はすぐに赤茶色に変わります。 それで物事は順調に進んでいます。 これらはデンプン分子の「断片」の形成であり、デキストリンと呼ばれます。 そして、ショ糖に似た物質、麦芽糖としても知られるマルトースが現れます。 マルトースは次にグルコースに変わり、ヨウ素はまったく色を付けません。 でんぷんが触媒である酸の助けを借りてより単純な物質に分解されると、ヨウ素による色が変化します。 最終生成物は純粋なグルコースやマルトースではなく、反応中に形成された多くの物質の混合物であるため、完全に消失しない可能性があります。 この形態は糖蜜と呼ばれ、製菓工場でよく使用されます。 しかし、糖蜜に酸が含まれている限り、当然のことながら口に入れることはできません。 ヨウ素の色が完全に消えるか、完全に弱くなったら、混合物をさらに XNUMX ～ XNUMX 分間沸騰させ、火から下ろし、少し冷まし、かき混ぜながら砕いたチョークまたは歯磨き粉を大さじ XNUMX 杯ずつ徐々に加えます。酸。 それはチョークと反応し、二酸化炭素が急速に放出されます。これは非常に便利です。混合物が泡立ち、泡が現れても、まだ酸が残っていることがわかります。 そして泡と泡が消えたらすぐに酸は終了します。 再度火にかけて余分な水分を飛ばし、何重にも重ねたガーゼで濾します。 糖蜜がありますが、残念ながら、あなたが望むほど美味しくありません。チョークを加えているため、苦い味がします。 工場では糖蜜はより適切に精製されますが、私たちはそれを利用できません。 試してみることはできますが、食べることはお勧めしません... 私たちの体の中で、胃の中で、デンプンは麦芽糖に分解され、さらにブドウ糖に分解されます。 しかも酸は一切使用していません（硫酸は言うまでもありません）。 そして触媒は、あらゆる生物の中に存在する特別な天然物質です。 それらは酵素と呼ばれます。 酵素の XNUMX つがどのように機能するかを自分の目で見てみましょう。 その名前は「アミラーゼ」で、唾液中に存在し、デンプンをマルトースに変換することができます。 これは私たちにとって、特にでんぷんを多く含むジャガイモやパンを食べるときに非常に重要です。 きれいな熱湯で40分間ほど口をすすぎ、吸取紙やガーゼをXNUMX～XNUMX枚に重ねてロートに入れ、軽く水で湿らせ、グラスにロートを差し込み、口から水を注ぎます。 。 最終的には純粋な唾液溶液が得られます。 これを同量の冷却したデンプンペーストと混合し、混合物をボトルに注ぎ、温水（約XNUMX℃）の入ったグラスに置きます。 以前と同様に、ガラス片上のヨウ素のサンプルを時々採取してください。 硫酸を含む反応と同じ順序で色が変化します。 ただし、注意してください。今回は沸騰することなく、はるかに速く物事が進みます。 約 XNUMX 分後、混合物はヨウ素で染まらなくなります。 自然が作り出した触媒は素早く正確に作用します。 化学者がこれらの物質を生物体だけでなく工場の装置でも機能するように適応させようとしているのには理由がないわけではありません。 そして、これが最後の甘い奇跡です。 試験管、ヨウ素、ラピスは必要ありません。 一切れの白パンを除いては何もありません。 パンを口に入れ、数分間注意深く噛みます。 どんどん甘みが増していくのが感じられます。 そして、あなたはもうこのことに驚かないでしょう。なぜなら、これが酵素アミラーゼの働きで、完全に無糖のデンプンを甘い砂糖のマルトースに変換する仕組みであるということを知っているからです。 著者：オルギンO.M.
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