\documentstyle{j-article}
\begin{document}
\title{固形燃料 裏マニュアル ver. 1.22}
\author{吉野 惇郎}
\maketitle
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\section{出発前の確認}
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\subsection{薬品類}
一回一テーブル当り以下の量が必要。

\begin{tabular}[htb]{lr}
酢酸カルシウム&1.8 g\\
エタノール&30 mL\\
\end{tabular}

酢酸カルシウム一水和物を用いる場合は、2.0g必要。以降も1.8gを2.0gに読みかえること。
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\subsection{器具類}
テーブルごとに必要な器具は以下の通り。

\begin{tabular}[htb]{ll}
50 mLビーカー&$\times$ 2\\
撹拌棒&$\times$ 1\\
\end{tabular}

また、準備に必要な器具は以下の通り。

\begin{tabular}[htb]{l}
メスシリンダー or 5mLメスピペット\\
薬匙\\
\end{tabular}
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\section{準備}
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\subsection{演示前に調製するもの}
\begin{enumerate}
\item 酢酸カルシウム 1.8gに水 5mL加えて撹拌し溶かす。
\end{enumerate}
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\subsection{演示時にテーブルに用意するもの}
\begin{enumerate}
\item 酢酸カルシウム飽和溶液 (50mLビーカー)
\item エタノール 30mL (50mLビーカー)
\item 撹拌棒 $\times$ 1
\end{enumerate}
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\subsection{注意点と備考}
\begin{itemize}
\item 酢酸カルシウムは、溶液がほとんど透明になるまで撹拌して溶かす。
溶け残る固体はわずかなはず。
\end{itemize}
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\section{演示}
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\subsection{安全確認事項}
\begin{itemize}
\item 可燃性液体の使用。エタノールに引火しないように。
\item 固形燃料以外の物に火がついたときはすぐに水を用いて消す。
こぼれたエタノールは濡れた雑巾で拭き取る。
\end{itemize}
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\subsection{手順と要点}
\begin{enumerate}
\item 酢酸カルシウム飽和溶液にエタノールを加え振り混ぜると全体がゲル化する。
\end{enumerate}
\begin{itemize}
\item エタノールは一気に全部加えてしまうこと。その勢いでだいたい酢酸カルシウムがエタノールの全体に行き渡る。
\item エタノールを加えるのが遅かった等でゲル化しないエタノールの液体部分が多く(だいたい10mL以上)あるときは、
撹拌棒でゲルをつついて底の方に残っている酢酸カルシウムと混ぜるとだいたい全体がゲル化する。
\item 酢酸カルシウムはエタノールにはほとんど溶解しないので、エタノール中で析出し、コロイド粒子になってゲル化する。ゲルがエタノールを閉じこめるので固形燃料になる。
\end{itemize}
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\subsection{注意点と備考}
\begin{itemize}
\item かなりあっけなくゲルが生成するので、説明等々をいつどのようにするかを工夫のこと。
\item 固形燃料は火力が強い。20分以上継続して燃焼できる。
\item 燃えるとき燃えているのはエタノール。炎の色が薄いので注意。
\item 現在のところ、この火は石鹸を作る実験で活用してもらえそうです。
\item ゲルは時間がたつと崩れて火が着けにくくなる。
\end{itemize}
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\subsection{演示例案}
\begin{verbatim}
(飽和溶液を手にして)
これは酢酸カルシウムを水に溶かしたものです。
(エタノールを手にして)
これはエタノールといって、お酒に入っているアルコールと同じものです。

この透明な二つの液体を混ぜてみます。どうなるでしょうか。
(混ぜる。どうにかして成形する。)
なんと、固まってしまいました。

これはどうしてこのようになるかといいますと、酢酸カルシウムは水に溶けやすいのですが、エタノールには溶けにくいという性質があります。
普通、物が液体に溶けたときには、そのものを形作っている最も小さな粒にまでばらばらになってしまっています。
(ホワイトボードか何かにお絵かき。溶媒和のイメージ。)
こんなふうに。
また、溶けていた物が溶けきれなくなってしまったときには、それらの粒がたくさんくっついて大きなかたまりをつくります。
(お絵かき。沈殿のイメージ。)
みなさんも食塩の結晶を作ったりしたことがあるかと思いますが、それは溶けていた食塩の粒が規則正しくくっついてできたものなのです。(<- もっと身近な例がないものか?)

ですが、この(固形燃料を手にとる)かたまりはそんな風でもありませんね。
これはコロイド、といって溶けているのでも溶けていないのでもないまた別の状態なのです。
コロイドでは、物の粒がやはり集まっているのですが、大きなかたまりではなく、中くらいの大きさのかたまりを作っています。
そして、この中くらいのかたまりが液体の中に散らばっていています。
(お絵かき。分散のイメージ。)
このコロイドが固体のようになっている物をゲル、といいます。ですからこれ(固形燃料)はゲルです。
ゲルの例としては、他に寒天やゼライスなどがあります。

このゲルでは、中くらいのかたまりになった酢酸カルシウムが、エタノールを多く含む液体をつかまえているので、
液体が流れ出してしまわないのです。
エタノールは燃料として燃やすことができますが、液体なので持ち運びに不便です。
しかし、こうやってゲルにしておくと、かたまりになっているので持ち運びに便利な燃料になります。
\end{verbatim}
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\section{後片付け}
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灰が充分冷めてから袋に入れて持ち帰り、固形廃棄物として排出する。
灰は酢酸カルシウムか、酸化カルシウム系の物質。
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\section{検討課題}
きれいにできるときと、そうでないときの違いは何なのか。
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%\section{改訂履歴}
%\begin{description}
%\item [1.21 $\rightarrow$ 1.22] 演示例案の追加。
%\item [1.20 $\rightarrow$ 1.21] 実例を反映して注意の追加。
%\item [1.10β $\rightarrow$ 1.20] 酢酸カルシウム飽和溶液の調製を演示時から準備時に変更。
%\item [1.00β $\rightarrow$ 1.10β] ゲル化の手順を変更。
%\end{description}
\end{document}
