１．液体窒素を用いた様々な演示実験教員養成課程理科教育講座神鳥和彦マイナス 196 度の液体窒素を用いて、様々な物質の状態変化に関する演示実験や、さらに気体や液体といった物質の状態変化に関する演示実験について実習します。この実験を通じて、生徒に対してよりインパクトのある授業の創成を図る事を目的とします。＜はじめに＞マイナス 196 度の液体窒素の中に、ゴム風船やバナナを入れると、どうなるだろう？ ”窒素”というのを知っていますか？これはみなさんが暮らしているこの地球上の空気の成分の約 80％を占めている気体です。このふだん目に見えない気体”窒素”も、どんどん温度を下げてゆくとマイナス 196 度というものすごく低い温度で水のような透明の液体となるのです。これを液体窒素と言います。今日は、この液体窒素を使ったいろいろな実験を体験してみましょう。 1 ＜方法＞ 1．魔法瓶（デュワー瓶）の中に液体窒素を注ぎます。液体窒素はデュワー瓶の中で激しく沸騰しますが、しだいに落ち着いて静かになります。色やにおいを観察してください。（観察、気化）液体窒素を保存するデュワー瓶実験を行うためのデュワー瓶２．デュワー瓶の中の液体窒素の温度を、デジタル温度計で測ってみましょう。（温度）３．空き缶の中に液体窒素を注ぎます。液体窒素は空き缶の中で激しく沸騰し、デュワー瓶の時のように落ち着いて静かになりません。また、液体窒素の入っているところまで、表面が濡れたように見えます。これは空気中の酸素が、空き缶の表面で瞬間的に液化しているからです。デュワー瓶で静まったのは、内部が二重構造となっており、真空部分を作ることによって断熱効果を高めているからです。（液化）４．デュワー瓶の中の液体窒素に、水を入れたビニール袋を少しずつ入れて凍らせて見ましょう。（液体(水)の固化）【凝固熱に関するビデオをお見せします。】５．沸騰がおさまったデュワー瓶の中の液体窒素に、膨らませておいた細長い風船を液体窒素の中に入れてみましょう。どんどん風船がしぼんでゆきます。また、しぼんだ風船を液体窒素から出すとどうなるでしょうか。（空気の収縮・膨張） 2 液体窒素の中でしぼんでゆく風船６．中に空気を入れた透明のビニール袋を液体窒素の中に入れてみましょう。ビニール袋がしぼんだところですばやく取り出し、袋の中をよく観察してみましょう。（空気の収縮、液化）（試験管とビニール袋を用いても良い）７．中に酸素ガスを入れた透明のビニール袋を液体窒素の中に入れてみましょう。ビニール袋がしぼんだところですばやく取り出し、袋の中をよく観察してみましょう。また、その中に出来た液体に強力な磁石を近づけてみましょう。どうなるでしょうか？（酸素の収縮、液化、液化酸素の磁性）８．７の実験を、炭酸ガスを用いて行ってみましょう。どうなるでしょうか？（物質の固化）９．花や枝を液体窒素の中に入れて凍らせて、手で潰してみましょう。（生物の固化）１０．バナナを液体窒素の中に入れて凍らせて、釘を打ってみましょう。（生物の固化） 3 11. 液体窒素の中にゴムボールを入れてみましょう。１分ほどしたら取り出して床の上に投げてみましょう。（ゴムの固化） 12. 水を密封したアルミ缶を液体窒素の中に入れるとどうなるでしょうか？（水の固化） 13. 長いニクロム線を乾電池と豆電球の間に巻いて抵抗の高い回路を作ります。この回路のニクロム線部分を液体窒素の中に入れると、豆電球の明るさはどうなるでしょうか？（超伝導への発展） 14. 超伝導物質（YBa2Cu3O7-y: Tc:92 K）に室温で磁石を近づけても何の力も生じず、変化のないことを確認します。次に、この超伝導物質を容器の底に置き、液体窒素を流し込みます。超伝導物質の上方でそっと磁石を話すと磁石は落ちずに浮いています。さらに、磁石を回転してみましょう。（超伝導によるマイスナー効果※の確認、1933 年） ※超伝導物質が示す興味深い現象の一つに、“超伝導状態の物質に磁場を加えると、磁力線を超伝導物質の外側に押し出してしまう”というものがあります。 15. エタノールの氷を作ろう（エタノールの固化）１００ｍｌビーカーにエタノール３０ｍｌを入れ、ガラス棒でかき混ぜながら液体窒素を少しずつ加え、エタノールを冷却するとどうなるでしょうか？さらに、凍ったエタノールを１００ｍｌビーカーに入れ、エタノールの液体の中に入れるとどうなるでしょうか？（Ｔｍ＝-114.5℃） 4 16. 臭素管を液体窒素につけるとどうなるでしょうか？（物質の三態の確認） 17. 乾電池と豆電球の回路をつなぎ、乾電池を液体窒素中に入れてみましょう。（化学反応の抑制） 18. 液体窒素に入れて縮んだ風船を空気中に出すと、風船の重量はどうなるでしょうか？（風船を使った、浮力の実験） 19．最後に、液体窒素を製造している装置をお見せします。 5