スライム

考察

 今回、色々と実験したり資料を調べて従来から言われていたいくつかのことに疑問が出てきましたので、それをまとめてみました。私のところには化学の実験室にあるほどの設備もありませんから、確認できないこともたくさんあります。それは、これを読まれた皆さん方への宿題とさせていただきます。
 

従来の実験書で間違いや不備と思われること 

  1. 硼砂溶液の濃度 

  2.  
  3. 硼砂のスライム中での役割 
  1. PVAでなければだめか? 

  2.  
  3. 衣服についたらどうする? 
感想
今回の調査で色々と感じたことをまとめておきました。

【硼砂溶液の濃度】

     日本の資料には飽和溶液を使わないと失敗するという記述が見られますが、欧米の資料では4%溶液としてある物が多いので、このあたりも今回の検討の課題でした。
     スライムの性質は、架橋されたPVAの分子の大きさと、架橋の密度、含まれる水の量などに依存すると推測されましたので、まずその点を確認してみました。
     まず、もっとも標準的なレシピから、OH基の数と、硼酸イオンの数、および水分子の数とを計算してみると次のようになります。
4wv%PVA溶液100mlに4wv%硼砂溶液を10ml添加の場合
  -OH B(OH) H2O
分子量 -CH2-CH(OH)-
=分子量44
Na2B4O7・10H2O
=分子量381.2
H2O
=分子量18
秤量 4.0g 0.40g 105.6g
重量比 10 264
当量値 -OH換算 [B(OH)4]換算 H2O
0.091 0.0042 5.867
比[B(OH)4] 21.6 1 1,400
比[CH2-OH] 1 0.046 64.5
     次に、各試料を規定量ずつ取り分けて、混合しスライム作りをおこないました。結果は下記のとおり出発時点での配合には影響されませんでした。【注】実験自体は半量でおこないました。
PVA 
4g 
水 
110ml 
硼砂 
0.4g 
4g 100ml 10ml 0.4g
4%PVA  4%Borax 

標準 4%PVA:50ml & 4%Borax:5ml
4g 90ml 20ml 0.4g
4.3%PVA  2%Borax 

4.3%PVA:45ml & 2%Borax:10ml
4g 70ml 40ml 0.4g
5.4%PVA 1%Borax

5.4%PVA:70ml & 1%Borax:40ml
     以上の結果から、なんと1%の硼砂溶液からもスライムはできるのです。スライムの性質は含まれる水の量と架橋されたPVAの比で決まるという結果が出ました。
     子供たちにスライムを作らせていて、ホウ酸溶液をたっぷり加えても固まらないときは、迷わず洗濯糊(PVA10%)を加えた方が確実です。

     「硼砂溶液が薄いと固まらない」という説が誕生した理由は、次のように推測されます。

     最初にスライムの現象を発見したときには洗濯糊と適当な濃度だった硼砂溶液が混合されたのでしょう。その後、この現象を再現しようとして試行錯誤を繰り返すうちに、失敗が少なく覚えやすい方法として「洗濯糊を倍に薄め、硼砂の飽和水溶液を使う方法」と、「それぞれの4%溶液を100mlと10ml混合する方法」が一般化したものと思われます。(前者は日本、後者はアメリカの資料に多い数字)
     それが、いつのまにか「この濃度でないとできない」と追試がされないまま広まってしまったものと思われます。追試をしても、確かに薄いとすぐには固まらないですから、反応機構から類推することをせずに「この濃度でないとできない」を確信してしまったのでしょう。
     この実験結果から、スライムが軟らかくできたりかたまらない場合は、硼砂溶液が薄いため固まらないからとさらに過剰の硼砂溶液を加えたためゲルの限界濃度を越えてしまったと考えられますから、洗濯糊のほうを足せば(水/PVA比が変化し)固くなります。
     また、固すぎた場合はお湯を加えて練り合わせれば良いということになります。

その結果・・・
resultant・・ 

安全対策重視の新しい調合方法
NEW Recipe for Safety Fast

【硼砂のスライム中での役割】

     硼砂がアルカリ性の水中で硼酸イオンになりますが、これは正四面体の構造をしたイオンです。sp3混成軌道が寄与していると思われます。
     ホウ酸イオンが、アルコールのOH基に近づくと、そのOH(アルコール)の水素(H)が外れて、酸素原子の求核攻撃が起こり、CH2-O-Bの無機酸との強い結合ができて架橋されると思われます。この架橋のしくみについては私も良く分かっていないのですが、硼砂はアルコール(-OH)基の定量に使用されるほどアルコール基に強く結合します。海外の資料を見てもこの部分を水素結合としたものと、硼素の酸素の孤立電子対への求電子攻撃で説明しているものとがあります。
     硼酸イオンと、PVAのOHとの間が水素結合という説明もありますが、硼酸イオンとOHとの水素結合が架橋の役目をするなら、右図のようにもっと強い水素結合の(すでに存在している)水分子だけで十分と思われますし、酸性にすると粘度が失われる(エステル結合が加水分解される)などから、スライム化が硼酸イオンとの単純な水素結合による架橋というだけではスライムの挙動を説明するのに不十分と思っています。
     

【PVAでなければだめか?】

     PVA(ポリビニルアルコール)でないとできないとしている実験書もありますが、酢酸ビニル-[CH2-C(H)OCOCH3]-でも架橋は起きそうなので、手元にある酢酸ビニルエマルジョンでも試してみましたら、(エマルジョンは濃度から薄いので、薄めずに硼砂溶液を加えました。)色は白いですが固まりました。【スライムタイプ5】 酢酸ビニルは原理的にPVAよりも枝分かれが多くPVAより流動性は低いが弾力はあります。
     必ずしもPVAでなければという物ではありません。

【衣服についたらどうする?】 

     意外だったのは、衣服につくと落ちないという説明はあるのに、実際についたらどうするかの説明が見当たりませんでした。
     我が家でも子供が学校からもって帰ったときにベッドの上においていて失敗したので、衣類についたときの簡単な処理を見つけておかなければと思いました。そこで目をつけたのが酸性にすると架橋がはずれる現象で、身近な酢で試すといとも簡単に洗い流すことができました。(^.^)
     あまり簡単なので皆さんはもう発見ずみかも・・・・・ 

 

【感想】 

 日本に伝来して10年あまりになるスライムですがその楽しい部分にだけ脚光を浴びその理由まで探ろうとしたら資料が見当たりませんでした
 私がスライムにであったのは子供たちが学校から持ってかえりはじめたつい最近のことですがスライムが洗濯糊と硼砂というありふれた物(我が家にどちらもありました)でできることに驚くと同時にそのしくみが知りたくなり今回すこしはまってみました(^.^)/
 その結果、反応機構の説明が乏しいことに驚きましたきっと「おもちゃ」ですからだれも本気で調べなかったのでしょうそしてその探求の過程でアメリカでは高分子の理解のために中学校や高校のレベルで、あるいはNASAのサマースクールで取り上げられていることを知り子供たちが科学する楽しさを発見する実験となるよう整理してみました

 ひとつの「実験法」という技術だけが拡散していくと、その実験から学べる多くのことだけでなく、未知な事に挑戦するという科学的な心まで失わせてしまいます。
 このスライムでは、「飽和溶液でないと固まらない」という一言のために、「なぜスライムになるのか?」「そのためにはどのようにすれば良いのか?」という、「接した不思議な現象」に挑戦する意欲を子供たちだけでなく指導者からも奪ってきてしまってきたのではないでしょうか?。
 子供たちのスライムが固まらなかったときに「なぜ固まらないのだろう?」という疑問が出てきます。そして、その原因を調べようと「硼砂溶液を加え」たり「洗濯糊を加え」たり(いたずら?)するはずです。そして答えとともに、答えを発見するためにどのように考えていけば良いかという手法を学ぶことができます。
 スライムの化学は、それらの点でとてもすぐれた教材になる可能性があります。
 科学は知識だけではないと、私は思っています科学とは試すことによってはじめて見つかる疑問を解決するために、その理由を推論実証する方法を考えだし実験によってそれを確認するという"手つづき"こそ真髄なのです。(知識はそのために必要でかつ重要ですがあくまでそのための道具でしかないのです。)
 その真髄を学ばなければ(指導できなければ)科学(理科)を学んだ(教えた)意味がないのではないでしょうか
 こんなところにも日本の理科離れの遠因をみたような気がします。

 今回このページで読まれた内容(水先案内さえしっかりしていたら子供たちでも発見できる内容が多いと思います)をそのまま伝えるのではなく子供たちが同じような、あるいはまた違った発見をするかもしれない。そんな道標(みちしるべ)として活用されることを期待しています

 今回、私の好奇心にお付き合いくださり色々と調べたり情報をいただいた方々に心よりお礼申し上げます。特にDr.Slime laborarolies のDr.Michael Garlick さんには感謝しています。

元のページへ

slime top Go Back
Links
Go Next
Textbook