東北大学・探求型「科学者の卵養成講座」(グローバルサイエンスキャンパス協定事業))

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令和元年度 活動ブログ

令和元年度 活動ブログ養成講座の活動を記録しています

2020.01.09

着実に成長中

青森県立八戸高等学校第一学年の二階堂有希乃です。定型文になってきたため、パソコンがこの最初の挨拶を記憶してくれて助かっています。

さて、第3回目を書き終えたため、第四回目の講義に入っていきたいと思います。また長くなるだろうと予想し、「化学反応の場を探る~マテリアル・デザインと新物質探索~」を今回の記事。「サイエンスカフェ」「パネルディスカッション」を次の記事で書いていきます。

私の学校では2年生になってから化学を習うため、いつもと予習の仕方を変更。通常は関連書籍を図書館に通ってひたすら読み漁っていましたが、今回は先生の過去の論文等を読んで出そうだなーという部分を勉強しました。もうちょっと具体的に言うと、演題と論文タイトルなどを照らし合わせ、「マイクロ波の影響とかもろもろ覚えておけば理解できるかもしれない!!」という結論に至ったのです。かなり単純な思考でしたがマイクロ波が主役でした。よかった。

講義内容は初めからなじみ深くなってきた超電導・永久磁石の図が出てきました。部室でガウス加速器を作って遊んでいた時に磁石について学んでいたため、Smがサマリウムだとすぐに出てきました。日々の積み重ねって大事ですね…。まさか遊びがここで生きるとは…。超電導のグラフはよく見ますが、最近のものしか組成は知らなかったため、細かいところまで読むと新鮮でした。初期のころはニオブがベースとなり作られていて、あまり超電導転移温度が変わらないことがよくわかります。ニオブと超電導、と聞いて私は前回の講義の量子コンピュータを思い出しました。確か、D-Waveはニオブ製のループを用いた超電導だったな…。と思いました。しかし、このグラフではかなり性能は悪いといっても過言ではないニオブ。なぜだろうか、と調べました。もしかしたらメモし忘れで先生がおっしゃっていたかもしれませんが、「ニオブ製の微小なループ回路を絶対零度近くまで冷却すると、ループのまわりに互いに逆方向を向いた2つの磁場が同時に現れる」とのことです。(引用元:https://wired.jp/2015/01/03/dwave-vol14/) 超電導の関与でまた分野がつながった…と感じています。

マイクロ波の前に、私が興味を持ったのは携帯によって材料の機能が変わるということです。酸化アルミニウムの粉末を焼き固めると絶縁体、とかしてゆっくり冷却するとサファイア。それにクロムを混ぜたらルビー。腕時計がサファイアということは初めて知りました。どうりで転んだりぶつかったりしまくっても傷一つつかないわけです。納得。ポケモンにもルビー、サファイアがありましたね!ポケモンで対になるのは理由があると幼いながらも知っていたので、調べてみたらクロムを混ぜるか混ぜないかという点だけが違う、ということを知ってかなり衝撃を受けた記憶があります。今回の講義で私はクロムを忘れていたことが発覚しました。もう忘れません。

 この酸化アルミニウム、アルミナという通称を持っていたことをブログを書いている今初めて知りました。焼き固めたものとかあまり見ないなーなんて思っていたのですが、研究でたまにアルミナボールを使っていたため意外と身近な物質だったと気づきました。アズワンさんのアルミナボールです。手触りが気持ちいいんですよー。そしてこの酸化アルミニウムについても調べてみたところ、(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)があることを知りました。分泌系もそうでしたが種類はたくさんあるんですね…。ただ「酸化アルミニウム」で片づけないほうがいい感じ。酸化アルミニウム(III)は、酸化アルミニウム(Ⅱ)は、酸化アルミニウム(Ⅰ)はと表されるようです。(Ⅲ)から描いた理由としては(Ⅲ)が最も身近な酸化アルミニウムだからです。酸化アルミニウム(Ⅱ)については「酸化アルミニウム(II)は高層大気中においてアルミニウム処理された手榴弾が爆発した際に気層から検出され[10][11][12]、星の吸収スペクトルからも発見されている[13]」(引用元) 酸化アルミニウム(Ⅰ)については「酸化アルミニウム(I)は酸化アルミニウム(III)と金属ケイ素を真空条件下1800℃で加熱することによって得られる物質であり[14]、安定に存在できる温度領域が1050-1600℃であるため通常は気体として存在している[15]」(引用元:同) 面白いですよね!(Ⅰ)に至っては気体として存在しているんですよ!!ウィキペディアからの引用なので間違っていたら申し訳ないです。

 些細な疑問ですが10番目のスライドに書かれている「α-石英」が気になりました。「α」ということは「γ」もあるのでしょうか。酸化アルミニウムの結晶には γ-アルミナ(低温)- スピネル型 α-アルミナ(高温)- コランダム型があるようなので、石英もきっとあるのでは…?またGoogle先生に聞きました。

 なんと、石英は「α-石英」「β-石英」でした。γがない!いったい何がαやβのように石英にも種類があるのか、と疑問に思いました。温度変化による相変化だそうです。

温度変化による相変化

α-石英― 573℃→β-石英― 870℃→ β‐トリディマイト― 1470℃→ β‐クリストバライト― 1705℃→ 溶解

β-トリディマイトを急速に冷却すると、114℃でα-トリディマイトとなる。β-クリストバライトを急速に冷却すると、270℃でα-クリストバライトとなる。(引用元)

面白いですねー!でも、まだ面白いんです。結晶構造の移り変わりも興味深いですよ!図を載せてしまうとかなり長くなってしまうので、上記のリンクからご覧ください。リンクが長すぎてかぶってる…。クイック投稿の使い方がよくわからないのでそのままコピペしています…。見づらくてごめんなさい。

主役のマイクロ波に至るまでがもうすでに長くなってしまったので、一回ここで切ります。次の記事も読んでいただけると嬉しいです。

投稿者:青森県立八戸高等学校

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