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2019-02-22

怖くも胡散臭くもない「イオン液体」を知ろう

化学界ではここ2,30年ほどイオン液体ブームだ。イオン液体は、バッテリーの電解液や反応溶媒などに応用が期待されている新材料だが、畜生なことに同じ新材料でもカーボンナノチューブとかフラーレンとか導電性ポリマーとか超伝導体みたいなものと比べると格段に知名度が低い。学部生だと化学を専門にしていても知らないやつは多い。

イオンってえと、「ゲッ、プラズマクラスターだ、逃げろ!」みたいな反応をする奴がいるが、イオン液体別にニセ科学でもなんでもない。おそらく健康いいわけでもないし、癒やし効果があるわけでも無え。ただの液体だ。あまり身構えないで読んでくれ。

イオンとはなにか

さて、イオン液体イオンからできている液体であることは字面から想像がつく。じゃあイオンとは何か。イオンぶっちゃけ中学理科で習うんだけど、普通は覚えていないだろう。オレだってそうだった。

全ての物質原子分子からできていると考えている人は多い。でも実はイオンという粒子からできている物質もたくさんある。イオンという粒子からできている物質のことを、化学世界では「塩」と書いて「エン」と読む。エンッ!ファッキン紛らわしいことに、料理で使う塩もエンの一種だ。お塩ナトリウムイオン塩素イオンからできている。

イオンとは電荷を持った原子分子のことだ。電荷とは静電気のことで、静電気なのでプラスマイナスがある。プラス電荷を持った原子分子陽イオンマイナス電荷を持った原子分子を陰イオンと言う。「するってえと増田、陰イオンってえのはマイナスイオンのことだな!」と言いたくなる気持ちはわかる。ところがどっこい陰イオンマイナスイオンは全くの別物だ。まあ話が長くなるからそれは置いておこう。別物だとは思っておいてほしい。

なんで静電気を持つのかっていうと、静電気を持ちたがる元素存在するからだ。例えばナトリウムプラス静電気を持ちたがる。原子プラス静電気を持つ原子核とマイナス静電気を持つ電子からできている。原子分子プラマイゼロになっている。プラマイゼロであるナトリウム原子は、例えば水と接触させると、マイナス静電気を持つ電子放出してナトリウムイオンになる。ナトリウム原子空気中の水分とも反応してしまうからナトリウムは通常石油で満たした容器に入れて保存する。この電子放出するという現象は実は酸化と呼ばれている現象とまったく同じなのだが、それは今はいいだろう。とにかく、そのようにして化学反応を通して電子放出してプラス静電気を持ったり、逆に電子を奪い取ってマイナスになったりする原子分子というのは世の中にたくさんある。静電気を持った原子分子、つまりイオンというのはそうやって作られる。

静電気基本的性質として、プラス静電気を持ったものマイナス静電気をもったものは引っ張り合い、マイナスマイナスは反発し、プラスプラスも反発するというものがある。しらなかった人はそういうものだと思ってくれ。髪の毛で下敷きを擦ると髪の毛が下敷きにくっつくのは、下敷きがマイナスで髪の毛がプラスになるからだ。ちょうど磁石のNとSが引き合い、NとNが反発し合うのと同じような感じだ。

プラスプラスは反発するのだから陽イオンばっかりを集めて物質を作ることは、少なくともビーカーの中では不可能だ。普通陽イオンの周りは陰イオンが取り囲んでいるし、陰イオンの周りは陽イオンが取り囲んでいる。塩(エン)に含まれる陰イオン陽イオンの数は1対1になる。陰イオンが1万個あったら陽イオンも1万個ある。もっとも60グラム食塩には陰イオン陽イオンがそれぞれ約6000垓個も含まれている。ガイだ、ガイ。兆の次が京、京の次が垓だ。そんなにたくさんあるので厳密に1対1かどうかはオレは知らん。

話が長くなったが、プラス静電気を持った原子分子陽イオンと呼び、マイナス静電気を持った原子分子を陰イオンと呼ぶ。また、陽イオンと陰イオンが1対1の比率で集まってできている物質を塩(エン)と呼ぶ。塩(エン)の代表例には、塩化ナトリウム食塩)や塩化カルシウム融雪剤に使う)、水酸化ナトリウム石鹸の原料でパイプユニッシュ有効成分)なんかがある。カメラ趣味の人は蛍石レンズなんかを使うかもしれないが、蛍石というのもフッ素イオンカルシウムイオンから構成される塩(エン)だ。薬を飲む人は、ナンチャラ塩酸塩みたいな名前の薬を摂取するかもしれないが、あれも塩(エン)の一種だ。基本的には、塩(エン)にすると水に溶けやすくなるし長持ちするようになるから医薬品には塩(エン)が多い。

・液体の塩

例としていろいろ塩(エン)を上げたが、コイツらには共通する特徴がある。結晶が白い。まあそれもそうだ。叩くと割れる。これもそうだ。岩塩とか割れるもんな。叩くと割れ性質は「へき開性」っつって中学校か高校で塩(エン)の特徴として習ったはずだ。普通忘れてるけどな。そういうのも重要な特徴だが、ここではもっと別のことに気づいてほしい。今あげたような塩ってえのは、全部常温で固体なんだ。

多くの物質は、アホみたいに加熱してやれば液体になる。鉄だって溶鉱炉ではどろどろに溶けるだろう。ココナッツオイルは人肌くらいで溶けるし、氷は極めて不思議な事にピッタリ0度で溶けて水になる。複雑な構造を持った有機物は加熱すると溶ける前に分解して別の物質なっちゃうが、分解しない物質は加熱してやればかならず溶ける。

もちろん塩(エン)も例外ではない。でも、塩(エン)は溶ける温度がメッチャ高い。例えば、食塩(塩化ナトリウム)の融点は800度だ。水酸化ナトリウム融点ちょっと低めの318度。塩化カルシウムは772度。蛍石融点は993度。溶鉱炉レンズを落としたら諦めよう。とにかく、塩と呼ばれる物質融点が高い。普通は700度くらいだ。ご家庭では溶かすことはできないだろうし、そこまで融点が高いと、液体の状態でなにかに応用することはかなり難しい。

なぜ融点が高くて溶けにくいのかといえば、イオン静電気を持っているからだ。水とかアルコールみたいな静電気を持っていない分子からできている物質は、静電気を持っていないので熱を加えてやるとすぐに分子分子がはなれて液体になる。液体とは、分子分子が熱のせいで離れてしまって結晶を作れない状態だ。どっこいイオンは、静電気が働いてプラスマイナスで引き合ってしまうので、アホみたいに熱をかけても結晶構造が壊れずに固体のままだ。びくともしない。

化学世界では、塩は融点が高いというのが長い間常識だった。ところが、100年ほど前に、12度で液体になる硝酸エチルアンモニウムという物質発見された。何を隠そう、コイツこそがイオン液体なのだイオン液体とは、融点が100度以下の塩(エン)のことだ。100年前に発見されたときはなんの役に立つか不明だったので世間からアウト・オブ・眼中だったが、ここ数十年でまたブームが来て、研究が盛んに行われている。おそらく電気自動車とかモバイルデバイスに使うバッテリーに応用ができることがわかってきたからだ。

イオン液体はなぜイオン液体になれたのか

なぜ食塩蛍石は1000度近くまで加熱しないと液体にならないのに、イオン液体は100度前後で液体になるのか。それは、イオン構造が違うからだ。

例えば食塩は、塩素イオンナトリウムイオンからできている。コイツらはかなり小さいイオンだ。水兵リーベ僕の船、七曲りシップス・・・というのを覚えさせられて、なんだったんだよあれと思っている人は多いハズだが、あれを思い出してほしい。がんばって覚えたアレが役に立つときが今来た。まずはナトリウムだ。H He Li Be B C N O F NeNa・・・あった!11番目だ。元素120番くらいまで発見されているから、11というと結構前の方だ。前の方っていうとどういうことかっていうと、原子が小さいということだ。周期表の前の方の奴ほど原子が小さい。それを考えると、ナトリウムはかなり小さい元素だということになる。ついでに塩素も見てみよう。 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Clあった。Cl塩素だ。塩素英語でクロライン。だから元素記号は頭文字をとってClだし、炭素塩素が3つついた物質のことをクロロホルムと言う。それはそうと塩素17番目だ。これもかなり序盤で出てくる元素だ。つまり原子が小さい。原子が小さいってことは、イオンになっても小さままってことだ。

イオンが小さいとどうなるのかってえと、他のイオンと、より強力にくっつくようになる。よくわからない人は磁石想像してほしい。小さいイオンはむき出しの磁石、でかいイオンは周りが分厚いプラスチックでコーティングされた磁石だ。どっちがくっついてしまったとき引き剥がすのが難しいか?もちろんむき出しのほうだ。むき出しのネオジム磁石が2個くっついちゃった日には全然取れないよな。ムカつくぜ。

自然界に溢れている身近な塩(エン)は、小さいイオンから構成されるものばっかりだ。だから融点がクソ高い。1000度近くまで熱しないと溶けない。

じゃあさ、じゃあだぞ。人工的にメッチャでかいイオンを作ったら、融点もっともっと下がるんじゃね?この発想で、ここ数十年でどんどん融点が低い塩(エン)が作られた。うまいこと行って融点が100度を切ったものは見事「イオン液体」の称号が与えられた。

人工的にデカイオンを作ると言っても、別にそんなにすごいことではない。ナトリウムイオン塩素イオンなんかは一つの原子イオン化したものだが、世の中には分子イオン化したものというのが存在する。先程言った医薬品塩酸塩というのもそれだ。だったらデカ分子イオン化してやればいいだけだ。イオンといってもビーカーで作れるような大したことないものだ。ビームレーザー電磁波超伝導コイルも使わない。ちゃんイオン液体が合成できたか確認するとき電磁波超電導コイルを使うがそれはまた別の話だ。基本的には混ぜるだけで作れる。

デカイオン融点が低いとは言ったが、デカけりゃデカイほどよいというものでもない。デカすぎると、静電気以外にもまた別の力が働いて固体になっちゃう(ファンデルワールス力といって、高校で習った人も多いだろう)。だから、ちょうどいい大きさというのが重要だ。具体的に言うと、ベンゼンくらいの大きさがちょうどいい。まあ炭素6個分くらいだ。デカさ以外にも融点を決める要因はいろいろあるが、余白が足りない。

イオン液体って何に使えるの?

イオン液体は、わりと特殊性質を持つ。それらの特殊性質のすべては、「イオン液体が陰イオン陽イオンからできているから」という理由で全て説明がつく。

まずひとつイオン液体全然蒸発しない。マジで蒸発しない。全然だ。厳密に言うと全く蒸発しないわけではないらしいが、ほとんど誤差レベルしか蒸発しない。だから防毒マスクを付けないで扱っても安全だ。これは保証しよう。蒸発しないから吸い込むことすらできない。蒸発しない理由簡単で、イオン蒸発しようとすると静電気が働いて蒸発しようとしたイオンを引っ張るからだ。静電気で引っ張り合っているからどう頑張っても蒸発することができない。まあ塩(エン)が蒸発しないことは、食塩とか重曹匂いがないことからもわかっていただけるだろう。

蒸発しないと何がいいのかっていうと、宇宙で使うことができるということだ。宇宙真空から普通の液体はすぐに蒸発してなくなってしまう。でもイオン液体蒸発しない。だから、例えば宇宙船の可動部に塗りたくる潤滑油として使うことができる。

もうひとつ。まったく燃えないというのもデカい特徴だ。マジで燃えない。燃えない理由簡単で、蒸発しないからだ。蒸発しないか燃えない。それだけの話しだ。有機物燃え現象というのは、有機物が気化したもの燃えているだけに過ぎない。アルコールを燃やす一見液体が燃えているように見えるが、実際は液体から気化したアルコール分子燃えているだけだ。液体自体は燃焼を起こさない。イオン液体は気化しないか燃えない。簡単な話だ。もし我がラボ燃えたらイオン液体ぶっかけて消火しようと企んでいるのだが、今の所火災はない。喜ばしいことだ。難燃性だと何が良いかというと、バッテリーの電解液に使うことができる。バッテリーの電解液は普通有機溶媒でできている。有機溶媒はメッチャ燃える。だからスマホとかモバイルバッテリー燃えるし爆発する。一方でイオン液体燃えいから、イオン液体バッテリーを作れば燃えないバッテリーがいっちょ上がりだ。もちろん実用化の上で課題は多いから、もっともっと研究必要だ。

さらに一つ。電気伝導度が高い。液体なのに電気を通す。だから同じくバッテリーの電解液に使えるんじゃないかと言われている。

仕上げにもういっちょ。イオン液体静電気を持つイオンからできているから、水とかアルコールとかアセトンとかテトラヒドラフランとかヘキサンみたいな普通の液体とは根本的に違う。だからイオン液体の中で化学反応を起こせば、普通の液体では起こらなかったスゴい特殊化学反応が起こせるかもしれない。普通の液体を使ってメッチャ手間暇をかけて合成していた医薬品プラスチックなんかが、イオン液体を使えば一発で作れる可能性があるかもしれない。イオン液体しか起こせない反応というのも結構報告されているし、オレの専門もイオン液体を使った新しい反応を開発することだ。

この通り、イオン液体結構使えるシロモノだ。でも、研究が十分に進んでいるとは言えない。もっともっと研究が進んで、イオン液体実用化されて、お薬がちょっぴり安くなったり、スマホがちょっぴり軽くなったり、モバイルバッテリーが爆発しなくなったりすると良いなあと思っている。名前だけでも覚えてくれたら幸いだ。

2019-01-20

異世界から転生してきたので、俺の世界料理を紹介する

異世界から転生してきた。

俺は料理趣味だ。レパートリーを増やすために、異世界図書館レシピ本を読んでいたときのことだ。なんとなく手にとったそのレシピ本は、おかしなことに途中から空白のページが続いていた。なぜか途中から空白のページになっている、おかしいぞ、と思った瞬間に、本の中に吸い込まれるような感覚がして、気づいたらこ世界にいた。

それからはとにかく大変だった。俺の服装はどうもこの世界では変な格好と見られるらしく、街の人に喋りかけても9割の人に話も聞いてもらえずに逃げられた。なんとか話を聞いてもらえても、異世界から転生してきたなんて話を信じてくれるわけもなく(そりゃあそうだ)、9割の人に逃げられた。飲まず食わずで助けてくれる人を探し続けたところ、5日目でようやくまともに話を聞いてくれる人に出会えた。アパレル通販会社経営しているという中年の男だった。彼は、食事を御馳走してくれた上に、自社で取り扱っているという服を俺に与えてくれた(水玉模様モダンデザインの服で、とてもおしゃれだ。今でも勝負服として使っている。この世界は、俺のいた世界と違って良質な繊維が取れる植物があまり無いらしく、化学繊維工業がとても発展しているので、ああいったモダンデザインの服が存在するようだ)。さらに、当面の生活費として現金100万円も渡してくれた。転生したときに着ていたボロボロの服まで引き取ってくれた。俺の世界では、貨幣といえば銀貨銅貨しかなかったので、こんな紙切れ100枚ぽっちじゃ燃やして暖を取るくらいしか使いみちがないな、と思ったのは今では笑い話だ。1年くらい前のことなので彼は覚えていないかもしれないが、俺は本当にあの人に感謝している。

それから賃貸住宅を見つけ(俺の世界には住宅賃貸しするというシステムがなかったので、これにも大変驚いた) 仕事も見つけ、今ではやっとこの異世界を楽しむ余裕が出てきた。

この世界には異世界転生というジャンル小説漫画があるらしく、同じ異世界転生した境遇を持つ俺としては大変興味深かったので試しに何作品か読んでみた。どの作品も、主人公が元世界にあった知識技術を活かして異世界活躍するという内容だった(そこで描かれている異世界は、不思議なことに俺が居た世界の100年くらい前の姿とそれなりに似ていた)。しか現実小説のようにはうまく行かない。異世界転生して無双なんていうのは現実には無理だ。確かに俺の世界しかない科学技術もたくさんあるが、この世界とは根本的に物理法則が違うので、この世界じゃどう頑張っても再現できない。魔法相互作用と呼ばれる相互作用はこの世界には存在しないらしい。自然界に相互作用が4つしかないというのはなんとも不思議な感じがする。うちの世界には、魔法相互作用、つまり魔力を応用した便利な技術がたくさんある(魔力で水を活性化させてサビを取るとか)が、この世界には存在しないようだし、根本原理が存在しないので再現することもできないようだ。電磁気相互作用存在しない世界電池が作れないのと同じだ。

異世界生モノを読み慣れている人からすると「魔法を使って無双すればいいじゃん」と思うのかもしれないが、あいにく俺は元の世界ではただの商人だったから、魔法なんて使えない。魔法を使えるのは、特殊な訓練を受けた一部の人だけだ。君たちの殆どスマートフォン自動車設計できないのと同じだ。

したがって、俺はこの世界では、ときどき変なことを言う空気が読めないキモくて金がない若者としてひっそり生きて行かなければならない。もともと頭はよくないし、この世界教育を受けていないから、肉体労働身体をすり減らしながら薄給を得ることしかできない。実に虚しいことだ。虚しい気持ち異世界転生小説を読んでいると、マヨネーズと呼ばれる異常に美味しいとされる調味料を作って異世界人に尊敬される話があった(当時はマヨネーズという調味料存在を知らなかったので、急いでスーパーに行きマヨネーズを購入し、店先で味わった。異常においしかったためその場で1本飲み干してしまたことは言うまでもない)

そうだ、科学魔法ダメでも、俺には料理があるじゃないか料理を振る舞って尊敬されよう、と思った。でも、俺には料理振る舞う友達なんていないし、俺を雇ってくれる店なんてないし、開業資金なんてあるわけがない。そこで俺は、過酷肉体労働苛烈パワハラですり減っていく自尊心を補うために、ここで俺の世界料理を紹介して、君たちから称賛の声を浴びようと思う。全部家庭料理なのでとても簡単だ。この世界風の個人的アレンジが入っているものもあるが、ベースとしては俺の世界のものと大差ない。本当においしいのでぜひ試してほしい。

 

 

異世界お好み焼き(1人前)

鶏卵4個をとく。顆粒かつお出汁、なければめんつゆ鶏卵に入れてよく混ぜる。キャベツ4分の1を千切りにする。鶏卵の液にキャベツを入れて良く混ぜる。フライパン(俺の世界にはテフロンという物質が無いので、テフロン加工のフライパンを始めて使ったときは大変感動した。俺の世界フッ素化学がこの世界より100年遅れている。蛍石が魔力源として利用され枯渇してしまたことがその原因だ)にサラダ油をひいて、肉やエビなどの具を焼く。さらに先程のキャベツ鶏卵を混ぜたものを投入する。蓋をして中火で3~4分ほど焼く。完全に鶏卵に火を通さず、上の方の卵液すこし半熟なくらいが美味。裏返さずにそのまま皿に移し、お好み焼きソースマヨネーズをかける(俺の世界にはマヨネーズが無いのでソースだけで食べていたが、この世界に来てマヨネーズ存在を知ってからマヨ無しでは食べられなくなった)

この世界お好み焼きも美味だが、粉を計量して混ぜないといけないので手間だ。この料理鶏卵を溶いてキャベツを千切りするだけで作れるのでとても楽だし、なにより卵の風味やふわふわの食感が味わえて美味。

 

白菜ミルフィーユ異世界

この世界の、いわゆるミルフィーユ鍋を5時間くらい弱火で煮込む。ミルフィーユ鍋は水を入れないで作るレシピが多いが、このレシピ場合は煮込まないといけないので水は白菜が浸るまで入れる。白菜がとろとろになって美味いし、豚バラの甘みが引き立ってとろける美味しさだ。鰹出汁で味付けして七味を振って食べると今の時期最高。ミルフィーユ鍋と言っているがミルフィーユ形状にする意味はまったく無いので適当にかさねて入れれば良い。ガスコンロで5時間煮込むのは大変な手間だが、この世界にはシャトルシェフという便利な調理器具があるので活用しよう(俺の世界シャトルシェフはなかった 魔力レンジがあったので安全に煮込み料理が作れた)

 

マカロニグラタン異世界

少なめの湯でマカロニを茹でる(塩は入れない)。茹でてる途中でビーフシチューのルウを適量入れる。ルウが溶けてマカロニが茹だったら、上にシュレッドチーズをたくさん乗せる。チーズがとけたらコショウをかけて出来上がり。簡単に作れてメチャクチャ美味い。(俺の世界にはビーフシチューのルウが存在しないので、ビーフシチューを作った次の日に作るごちそう料理だったが、この世界ではルウを使って簡単に安く作れるのでとても嬉しい。、異世界転生してよかったと思える数少ない点だ)

 

海苔白菜サラダ異世界

生の白菜を千切りにする(繊維に対して垂直に切る)。海苔を細かくちぎる。白菜海苔を混ぜ合わせて、ごま油醤油(あるいはめんつゆ)をたっぷりかける。お好みでゴマをかけても良い(この世界ではあまり白菜を生で食べないらしいが、とても美味しいのでぜひ試してほしい)

 

・薄めコーラ異世界

コーラを水で2倍から5倍程度に薄める。この世界では、食事中にコーラを飲む人は味覚音痴だなんて言われがちだが、水で薄めると食事にもよく合うようになる。炭酸の刺激や甘さが抑えられて、コーラ本来スパイスの味がよくわかるようになる。お茶感覚で飲めるのでおすすめだが、休憩室でコーラを薄めているとクソ上司に哀れみの目で見られてムカつく。(この世界にはコカコーラペプシコーラしかないようだが、俺の世界ではラスコーラというのが主流だった。この世界でもラスコーラ売ってないだろうか。コカペプシを飲むと、微妙違和感があってマジで元の世界に帰りたくなる。水で薄めると違和感も薄まって飲みやすくなるのは俺にとって意外なメリットだ)

 

 

いかがでしたか

2017-06-28

[]

世間をお騒がせなさっている愛知県瀬戸市出身有名人と言えば?

そう、開運!なんでも鑑定団曜変天目茶碗鑑定結果をご「批判」なさった

陶芸家長江惣吉氏ですわね!

現代に曜変を復活させようと親子二代にわたって研究を続けられている

長江惣吉氏の企画展瀬戸市美術館で開かれていたので拝見してきましたわ。

長江惣吉氏は自ら福建省の建窯を視察されて、現地の陶土と釉薬作品を作られています

曜変の秘密焼成中に蛍石を窯の中に入れて、特殊酸化雰囲気

焼き物晒すことにあったとパネル説明されていました。

まり化学組成CaF2の蛍石からフッ素が出てきて反応するのでしょうけど、

そのために窯が激しく痛みそうですわ。

貴重な窯の使い捨て覚悟した贅沢な焼き方だったのでしょうか。

世の瓦には塩を釉薬に使っているものもあるので、

ハロゲンに耐える方法があるのかもしれません。

入れる蛍石の量にもよるのでしょうね。

展示はほとんど同じ素材からまったく雰囲気の異なる作品が生まれていて

とても刺激的でした。

ただし、現れた効果を兎の毛にたとえた金色銀色の器は日常的に使うには

落ち着きがない感じもします。

外側はしっとりと落ち着いた黒で、内側に変化のあらわれた曜変が

実用性でもやはり一番でしょうね。

それこそ日常的に使うには貴重すぎますけれど……おほほ。

なお瀬戸ミュージアムの外壁に、藤井四段連勝記録更新中の横断幕が掛かっていましたの。

連勝数を書かないことで、交換する手間をさけた愛知県民らしい

気持ち的にどうかと思われる合理性が感じられましたわ。

前回の瀬戸市美術館探訪記録ですわ

https://anond.hatelabo.jp/20170326233844

 
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