第4回
講義内容
- 水分子の形
- 氷の相図
- 氷の結晶多型・結晶構造
- 雪の結晶について
- チンダル像
- 中谷ダイヤグラム
- 結晶成長
第４回の内容に関する質問とコメント
- 原子は新しくできたり分裂したりしないとききましたが、半減期によって他の原子にかわったりするなら、ラジオトープがなくなったり、ある原子が減り続けてしまうということが起こらないのですか、また半減期によって何の原子にかわるのかは決まっているのですか？あと、ゴミをどんどんうめ立てていますが、時間とともに他の物質に変化しますか？うめたてるようなゴミはリサイクルできない物質なのですか？
→ある元素の放射性同位体が減り続けて無くなることは起きる。半減期の短い同位体は人工的に作らない限り地球上に存在しなかったりする。崩壊系列というものがあって、何が何に変わるかは既に調べられている。ゴミのリサイクルは、科学的に可能か不可能かではなく、コスト的にみあうかどうかで決まる。 - 原子は壊れたり新しくできたりしないということですが「人工的に作った原子」はあるんですね？どういうことですか？
→通常の化学で扱う範囲では、原子が壊れたりできたりする現象を取り扱わないというだけの話。原子が壊れることは、核兵器の開発以前から知られていたし、ウランより原子番号の大きな原子は全部不安定なので人工的に作っている。 - 「どんな病気でも治す水」について「現時点で水だけで治るということが証明されていない」というだけでこれをデマとするのは早計ではないだろうか？将来的に証明されるかもしれない。また「一般的な水」では確かに効果がないだろうが、「どんな病気でも治す水」には何か特殊な成分が含まれているかもしれない（「少数存在する」のならばそれを徹底的に追究するのが科学的姿勢として正しいと思うのだが……）。
→証明されないのに「どんな病気でも治す水」などということを主張するのは、デマどころか明白な嘘である。また、仮に後日そういうものが発見されたとしても、その時点で嘘をついていたことが治癒されるわけではない。水に説けている物質の効果だというのなら、それは水の効果ではないから、物質の研究をするべきで、「どんな病気でも治す水」と呼ぶのは間違いである。
現時点で存在しない以上、「どんな病気でも治す水を探したい」「どんな病気でも治す水を作りたい」という主張ならば問題はないが、「どんな病気でも治す水がある」と言ったとたんに嘘をついたことになる。 - 水に炭を入れるとおいしくなるのはなぜですか。
- 木炭には臭いを吸収する力があるって聞きました。本当ですか？また、本当ならどのように吸収するのですか？
→表面にあいた細かい穴の部分に臭い物質がくっつく。微量のマグネシウムイオンなどが溶出することもある。 - 蒸留水はまずいというが普通の水とどう違うのですか。
→不純物濃度が違う。水道水やミネラルウォーターよりも、純粋である。 - 以前、水を固めて雪にするとき、人の声を聞かせながら固めると人それぞれの声によって結晶の形が変わるちおうことを聞いたような気がします。本当でしょうか？
→結晶構造は全てIh。 - 水には軟水と硬水がありますが、軟水は味がまろやかだと聞きました。本当でしょうか？
- TVCMで水に硬さや柔らかさがあると言っていたのですが本当ですか？手触りなどが違うのでしょうか？
→水の硬度は、カルシウムやマグネシウムイオンの濃度のことである。味は混入しているイオンの種類と量で決まる。まろやかかどうかは主観の問題。 - 分子の形の決定方法でVSEPR?というものがあるとききましたが、どんなのでしょう？
→valence shell electron pair repulsion theory。電子対の静電気的反発力で構造を予想する。 - スポーツドリンクに含まれているクエン酸というものはホントうに有効なものですか。巨大な雪の結晶を作ることは不可能なんでしょうか。
→有効とはこの場合何を意味するのか？
結晶のサイズについては、そんなに巨大なものは見たことがない。できるかもしれないが、途中で形が崩れることが予想される（大きくなると部分ごとに成長の条件が違ってくるため）。 - よくファミレスなどの氷には穴を開けてありますが、どんな理由があるのですか？家で氷を作ると水の純度が低いためか、氷の中心に芯が残るのですが、それと関係あるのでしょうか？
→理由は私も知らないが、穴が空いている方が表面積が大きいので飲み物を冷やす効率は上がりそうだ。また、最初に凍る周囲の方が水の純度が高い。最後に芯が残って見えるのは、主に水に溶けている空気によるが、無い方が見栄えは良いと思う。
【追記】むしろ透明な氷を作るためだという話がある。 - 炭酸を飲むと歯が溶けると言って炭酸を飲まない友達がいたのですが本当ですか？
→炭酸飲料の国内消費量と、飲んだことによって歯が溶けたという被害発生報告数を調べてみれば、自ずと結論は出るでしょうね。 - 野菜が腐ると液体が出てくるのですがなぜですか。
→腐ると細胞などが壊れて、中にあった水分がしみ出してくる。 - 傷を早く治すバンドエイドがあるのですが、普通のものと何が違うのですか？
→どういう原理で早く治ると説明されているのか？ - 今日でてきたチンダル像の「チンダル」は「ティンダル現象」の「ティンダル」と同じですか？それと、ティンダル現象ってどういう現象でしたっけ？
→同じかどうかはわからないが……英語の表記は似たような書き方があるので。ティンダル現象の方は、コロイドを含む溶液に光を当てたとき、光の通る道筋が光って見える現象。 - よく洗剤で「スポンジ除菌」ができるという広告がありますが、本当に洗剤にスポンジをつけるだけで出来るんですか？
→成分による。殺菌剤入りのものもある。 - 電磁波が体に悪いという報道があって、電磁波を防ぐ製品も出ているが、ある本によると、電磁波はいろいろな所から出ていて、防ぐ製品はほぼ意味がないと書かれていた。実際はどうなのか気になる。
→携帯電話が使えているなら電磁波は防げていない。 - 軌道がわからなかったので教えてください。
→量子力学の本を読んでから質問するように。 - 人工雪と天然の雪はどのように違うのですか？
→中谷宇吉郎が作ったものは、どこでできたかの違いと、結晶の核が違うだけ。他は同じで構造はIh。 - 人工雪を作る際には圧力をかけて作るのではないのですか？でも圧力をかけて作った雪はIhではなくなってしまう気がしますが……。
→スキー場の雪の場合は、最初に圧力をかけておいて大気中に放出し、断熱膨張で温度が下がることを利用しているはず。氷になるのはほぼ１気圧なので出来る氷はIh。 - オゾンがフロンガスで壊れる（反応する）のはわかるんですが、なぜオゾンホールは極致にできるんですか？
→低緯度地方では、太陽光が強い＝オゾンを作る紫外線もたくさんやってくるから。低緯度地方でたくさんできたオゾンが極地に到達するまでに時間がかかるので、破壊の方が速いと極地のオゾンが足りなくなる。 - 昔、海の上で嵐に遭うと、海に油をまけば、波の揺れがましになると聞いたことがありますが、本当でしょうか？また本当ならばなぜそうなるのですか？
→タンカーから流出した石油の回収がシケのため難航し、海岸の汚染が広がった話なら報道されていた。油で波が収まるのなら回収はもっと楽にできたはず。 - 中谷先生の実験で、核にウサギの毛を使用して実験したようですが、自然に空から降ってくる雪は何を核にしているのですか？もしかして空気中のちりとかですか？
→その通り。 - 結晶のすき間は溶けた水であるといっていましたが、氷も水もただ固体と液体という、見た目だけが異なっているだけで元は一緒なのに、なぜ結晶は溶けてしまう部分と溶けない部分があるのですか。
→結晶もミクロに見れば完全ではないし、温度が上がる場合も一様ではない。 - 海はどのようにして出来たのですか？原子原始地球は初めに雨が降って大量の水が溜まってそれが海の元になったのは知っていますが、海水中の塩分はどこからきたのですか？土壌中からですか？
→Newton別冊「地球のしくみと進化の歴史」なんてのがあるので、図書館で探してみては。 - 物質は全て原子から出来ていると言われてますが、私達の身の回りの物も全てそうなのですか？例えば消しゴムとか……です。
→全て原子（と、それが結合した分子など）からできている。 - 何で雪の結晶はあんなにキレイな形になるのですか？しかも全ての雪の粒が同じ形に…？
→厳密には、似た形にはなるが、全く同じ形は存在しない。 - 陽電子ってなんですか。
→電子の反粒子で、電子と全く等しい質量と反対の電荷を持つ。15Oが崩壊するときに陽電子を出す。出た陽電子は、物質中の電子にぶつかると消滅し、ほぼ180度方向にガンマ線を出すので、これを検出することで、酸素の分布を測定できる。 - コラーゲンをサプリメントでとっても体に吸収されないと聞きましたが、本当でしょうか。
→この件に関する限り、ネットサーチでまともな情報にたどり着くのは難しい。生物学事典を図書館で調べると、コラーゲンは不溶性、変性させて水に溶けるようにしたものが食用のゼラチンだとわかるので、やっておくように。ゼリーを食べるのが正解かと。 - 水の結晶にこんなたくさんの種類があるとは初めて知った。圧力や温度の関連性がよくわからない。携帯電話から発せられる電磁波で精子が減少するというのは本当ですか？
→情報源は何か？因果関係をはっきりさせられるだけの疫学調査に基づく話か？まともな調査結果が示されず、ネタだけ示されたのであれば、それはデマである。 - 水の状態変化では水・氷水蒸気と変化するのに、Ic・IhはどうしてIh→Icはできないんですか？授業時より詳しく知りたいです。
→Physics of Iceによると、Icは準安定状態だとある。Ihは安定なので、不安定な状態から安定な状態に移るときにIcになるが、より安定なIhになってしまうと逆の変化は無理ということなのだろう。 - 雪は何で積もるんでしょうか？地面に着いた時の衝撃で熱が発生して溶けてしまうと思うのですが……。
→雪が降ってくるところに手を出して受け止めてみれば、衝撃などほとんど無いことがわかる。ついでに言うと、雪が積もる前に気温が十分下がり、地面の温度も低くなっているので降った雪は融けない。 - 雑音や騒音が聞こえている状況で氷を作ると綺麗な結晶はできないと、水の結晶の本に書いてあったのですが本当なんでしょうか？もしそうだったとしたら、これも結晶は異なっても構造は一緒なんですか？
- 温度、圧力の他に、水に音楽を聴かせながら氷にすると様々な形に変化すると前テレビで見たのですが、それはどうしてですか？
→それ以前に、氷を作る実験の精度が問題。中谷宇吉郎の実験を再現できる実験系を使って、結晶成長の過程で音楽＝空気の振動を与え続けたというのであれば、実験としては意味があるが、いい加減な作り方をしたのでは何の意味もない。そのTVや本ではどうだったか？なお、見た目がどんな形でも１気圧０℃付近でできる氷の結晶構造はすべてIhである。 - 水に向かって暴言をはくと、その水の結晶は崩れた形になるという話をきいたのですが、本当にそうなりますか？
- 水にきれいな音楽とそうでない音楽（歌でいえば上手い、下手）を聴かせてから、凍らせて結晶を観察す
ると結晶の形がそれぞれ異なるのはどうしてなのかを説明してほしいです（上手いのを聴かせると雪印のよううなものになるが、下手なのを聴かせると丸い感じになった気がする）。
→このネタのからくりは本日の講義の最後に。それよりも、中谷ダイヤグラムを見てまだこんな話を信じる理由を聞かせて欲しいのだが。 - 窒素や二酸化炭素は液体になっても（圧力を上げてドライアイスを溶かせば二酸化炭素は液体になりますよね？）無色透明なのに、酸素は液体になると青くてきれいですよね。なぜ青いのですか？
→赤い光を吸収するから。ただ、電子遷移による吸収か、分子間振動の倍音による吸収なのかは不明。 - なぜブラックホールにはものすごい圧力があることがわかったんですか？ブラックホールには圧力が強すぎて行く前につぶされて死んでしまうと本で読みました。
→そのブラックホールの圧力の話の情報源は何でしょう？なお、重力の勾配が強いので歪みによって引きちぎられることが予想される。圧力については不明。後は物理の宇宙論の講義あたりを履修すること。 - 変色してしまった銀を少しでも元に戻したいのですが、何にひたすといいですか？個人的でスミマセン。
→これだけでは何とも言えない。アクセサリーなら、買った店に相談する方が良いのでは。 - コエンザイムQ10がすごく流行っていますが、科学的にみて本当に良いものなのですか？
→http://www.supplerank.com/nccam/coq10.html
臨床試験は不十分。まだ治療薬として使えるレベルではない。 - 「どんな病気でも治る水」とはもしかしたらプラシーボ効果を狙っているだけではないでしょうか？健康番組にしても同様だと思うのですが……。
→物が水なら効果が無いだけで被害発生はないだろうが、健康食品は被害を発生させることがあるので注意が必要。 - 蟹やエビを100度近いお湯でゆでると赤くなって死ぬのですが、なぜ高圧のために水の温度も何千度という深海の熱水が噴出しているところで、カニやエビが死なずに生きてるんですか？
→まず、海底火山の噴火口でもない限り温度はそう高くないし、噴火口でも何千度にはならない。高温のところでエビや蟹が生きている話はきいたことがないので、情報源を示して欲しい。なお、ズワイガニの場合、水揚げしたときの圧力差は300メートル程度の水圧の差になるが、この程度は平気らしい。 - 氷に多様な基本構造があるというのは、黒鉛とダイヤモンドのような同素体と同じことなんですか？
→似ている。ただし、同素体は単体に対していうことなので、化合物である水にはあてはまらない。 - 銀イオンには脱臭効果があるとよく聞くのですが本当でしょうか。
- スプレーで「銀で臭いを消臭」というのがありますがどういう仕組みですか。
- 最近、広告などでたびたび見かけるのですが、お風呂場のカビを防ぐ銀（銅のもあったような）のおけというものは本当に効果があるのでしょうか？効果があるのならどのような仕組みなのか教えてください。
→洗面器が接触している部分については抗菌作用があるかもしれないが、風呂場全体に効くとは思えない。金属原子が空気中に漂い出ることは通常あり得ないので。 - 先日、日焼け止めを購入しました。銅メーカーで３種類あり、どれを買えばいいか非常に悩みました。SPFと＋は３種類とも同じでした。ぜったい焼かないタイプ（専用クレンジング必要）と付け心地がよいタイプ（専用クレンジング不要）とパール効果（”）でしたが、落ちやすさ、つけ心地、見た目が異なるだけで、ぬったばかりなら日焼け止め効果は同じということでしょうか？
→私に訊かれてもわかりません。同じ厚さに塗って紫外線吸収を測定しない限り何ともいえない。 - オレンジジュースなどのジュースを氷のように凍らして、溶かして飲むと味が薄い気がします。水を氷にすると密度が上がるので同様に考えるとジュースも密度が濃くなるので味が濃くなると思うんですが……？
→氷にすると密度は下がる。最初に凍るときには水分子ばかり集まるので、凍らせると濃度差ができて、ものすごく甘い部分とそうでない部分に分かれる。甘いところは先に融けるので、そっちを食べてしまうと残りの味は薄くなる。なお、温度が低いと舌が感じる甘味も変わってくる。 - 雪結晶はなぜ決まった形になるんですか？
- 雪の結晶の写真の背景が必ずといっていいほど水色なのはなぜですか。
→見やすいからでは。
http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/
決まった形と言えるかどうかはここで確認。 - 電子の軌道はなぜ丸っぽいのとだ円っぽいのがあるのですか。
→シュレーディンガー方程式を解くとそうなっている。 - チンダル像とかチンダル現象とか、チンダルってどういう意味なんだろうか？光をあてる……みたいな意味でしょうか？
→図書館で理化学事典を調べてみてはどうか。 - 夕立を降らせる雲はどうして黒い色をしているのですか。
→黒というより、雨雲が厚いため暗くなっているのでは。 - １００％酸素は体にとって有毒と聞きましたが本当ですか。
→体内の酸素濃度は高すぎても低すぎてもまずい。１００％酸素だとおそらく高くなりすぎる。 - 「アルプスの水」や「天然水」、地下水（わき水）などはなぜおいしいと言われるのですか？もとが雨水や雪、氷ならば排気ガスなどの有害物質を含んでしまうのではないのですか？
町や都市に降る雪や雨は酸性雨となっているので食べるなと言われますが、大自然の中や高い山に降る雪はきれいなのですか？
→地面を通ってくる間に濾過される。雪や雨はたしかにそれほどキレイではないしホコリも含まれているが、降ってきたものを集めて湧かせば十分飲める。ただ、わき水の採取場所を間違えたり、積もったままの雪を使ったりすると、場所によっては非常に汚れていることもある。 - 先生の出身大学はどこだったんですか？中谷宇吉郎の『実験装置の上にウサギの毛があって』という場所があるが、ウサギの毛ってそのままの意味ですか？それとも何か他の物質がウサギの毛に見えるためウサギの毛と呼んでいるのですか？あとレポートはもう書かなければいけないですか？前回の質問答えてくれてありがとうございます！！
→私の出身は千葉大学理学部物理学科。
ウサギの毛は本物。中谷先生が使っていた防寒着のフードや袖のところにウサギの毛が使われていて、それを一本抜いて使ったらしい。
レポートは、締め切りが８月上旬なので、そんなに急ぐ必要はない。 - 実家に酸素（O)の力で汚れを落とす「オキシクリーン」という洗剤があります。本当によく汚れがおちるので重宝していますが、酸素の力で汚れを落とす仕組みはどうなっているのですか。また、自分もアトピーで副腎皮質ホルモンを使っているのですが、レポートは副腎皮質ホルモンについて書くことも可能ですか。
→http://www.shopaiueo.com/a-house/oxi/oxi-exp.htmのオキシクリーンの説明をみたら、成分が炭酸ナトリウム、過炭酸ナトリウム2Na2CO3・3H2O2（酸素系）であると書いてある。弱アルカリ性の水溶液にすると活性酸素を出す。
レポートはどう書くかによる。副腎皮質ホルモンを使った療法自体は怪しいものではないし、通常の医学であるから、疑わしいものを見つけて議論、という内容になるかどうかは腕次第では。 - HP覗きました。過去の質問、コメントが乗っていて参考になりました。水商売ウォッチングの先生のコメントが楽しかったです。質問の中に「プリン体」という言葉がありましたがそれはどういったものなのでしょうか？今日、石油の値上がりによるガソリンなどの値上がりが問題になっていますが、原因は石油の減少とのことですが中には石油は無限に存在するという説もあると聞きました。これはどういうことなのでしょうか？個々の質問を丁寧に扱ってくれるのは大変有り難いです。しかし、先生が途中で息切れしていて大丈夫かな？と思います。一口に氷といってもこれほどまでに多数の構造があるのに大変驚きました。
→石油は有限だが、新しい油田が見つかったり生産方法が進んだりして当初の見込みより長く保っている。
プリン体はプリン（図）を部分構造として持つ分子の総称。DNAのATGCの塩基のうち、AとGがプリン体であるので、普通にDNAを食べればプリン体を食べることになる。 【注意】元のプリントでは、AとTがプリンである、と誤記していたので訂正した。 - 物理科は大学院まで行くべきですか？
→趣味の問題だが、修士までなら就職が不利になることはない。博士課程については覚悟が必要。 - 雪の結晶は前から気になっていたので話を聞けてよかった。
- 水の構造には様々な種類があるんですね。おもしろかったです。
- 氷の結晶が温度で形が変わるということを初めて知り、おどろいた。
- 結晶はいろいろ秘めているような気がして、もっときれいに見えた。
- 雪の結晶のしくみが興味深かったです。
- TVや雑誌の宣伝は全くのデマであるということを改めて確認できました。そのようなデマ情報に振り回され損をしてしまうのはとても残念だと思います。もっと一般の人々にんも、ある程度の科学の知識が普及するといいと思いました。
→ダイエット法に関するかぎり信頼できる情報は殆ど無い。本当に安全で効果のあるものが見つかっていれば、とっくにそれが主流になっているはず。手を変え品を変えやっているということは、これまでに出てきた膨大なダイエット法はどれも効果が無かったということの証明に他ならない。 - 氷の構造や雪の結晶など、普段私生活にあるものでも想像できない形をしているのだなあと思いました。私も、実際に顕微鏡で見てみたいです。
- 普通に見られる氷が同じ結晶構造というのは意外でした。
- 雪の結晶は六花の形だけだと思っていたので、多くの形があることに驚いた。
- 基本構造が六角形で溶けるときも六角形を保っていくというのが、不思議な話でした。水は特別な物質のような感じを受けました。
- 氷が六角形だということは何となく知っていたが、相図にはいろんな種類があるとは知らなかった。
- 雪の結晶はきれいで、なぞめいていて、中谷先生の天から送られた手紙っていう言葉も素敵ですね。
- 私の地元は雪がほとんど降らないし降ってもすぐ消えてしまうので結晶が見れませんでした。なので山形の冬で雪をよく観察してみたいなと思いました。
- 質問の答えがわかりやすくて良かったです。見たこともない氷の結晶があって驚きました。
- 氷の化粧がこんなにたくさんの種類があるとは思わなかった。水の奥深さを知りました。
- 氷がIhなんだということがわかった。
- 妙に中谷宇吉郎の「雪」の言葉が印象に残る。また、チンダル像というのは初めて見て知ったし、氷も温度や圧力で結晶構造が変わるのだと知った。いつか、本物の雪の結晶を自分の目で６個見てみたいと思う。
→次の冬を待て。 - 最近、原子物理に興味がでてきました。
- 雪の結晶がなぜあのような形になるのか以前から疑問だったが、今日の講義で少し分かってきた。
- シベリアの方の氷はすべらないということを初めて知った。
- 化学ってほんとに日常と深く関わっているのだなと思いました。
- 氷が溶けるときも雪のような形んいなるのは知りませんでした。すごく不思議です。前半、質問を答えていくところは毎回おもしろく聴いています。
- 私は地元が北海道でダイヤモンドダストを見ることが結構あったのですが、あの結晶は普通の雪の結晶と構造自体が違うのですか？それとも周囲の状況の違いでできているものなんですか？
- 感激です。水や氷の構造にこんな形があったとは…冷凍庫で作る氷はどの形をしているんでしょうね。 →見た目はともかく、温度・圧力の範囲から、結晶構造はIh。
- NHKなどで雪結晶を見たことはあったけど図に載っていたeやfのような形があることを初めて知った。ティンダル像の結晶にも興味がわいたので「氷の科学」を読んでみようと思った。
- 返信ありがとうございました。また気になることがあれば書こうと思います。
- 結晶は山形のふつうにふってる雪でもそうなんですか？
→冬に確認してみよう。 - 氷にも色々な種類があることに驚いた。（他２名）
- 成長というのは温度が上がったり下がったりすることによるものですよね？自然に氷が六角の美しい形になるのがすごいです。
- 「天から送られた手紙」という言葉にすごいロマンを感じました。」
- 雪の結晶がとてもきれいでした。私はよくbとかaのを見かけました。結晶は温度によって形状が変わるということを初めて知りました。
- コメントの説明がものすごく長すぎた気がする。雪結晶が美しいので天から送られた手紙という表現はぴったりだと思った。
→雪を観察すると、上空の大気の様子がわかるので天から送られた手紙と呼んでいる。どういう環境のところを通って落ちてきたかを推定することができるから。 - 雪の結晶というのはおもしろい。なぜこのような形になるのか、子供の頃から不思議に思っているがまだ分かっていないので残念だ。 →あなたが研究してはどうか？
- 水は気体では必ず一分子でいると思っていた。
- 私は先日、母と一緒に夢中になって「インゲン豆ダイエット」のTV番組を観ました。なので今日、健康被害が出たという話をきき、かなりのショックを受けました。はやく母にも知らせてあげないといけません。
→あのあと、実行しないようにというアナウンスをしていたようだが、それだけで終わっている。報道関係以外の企業が被害を出したら、マスコミはこぞって取材して書きまくるのに、マスコミが原因の時は同業他社は動かない。これがマスコミというものなので、何でも信用するのは危険である。