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アルミで（秘）人間乾電池

第907回　2007年11月11日

　１８０７年に金よりも高かったという美しい金属アルミニウムが発見されて、今年は２００周年です。今回は、今では私達にとても身近な金属となったアルミニウムを科学します。

ボーキサイト

　矢野さんはアルミニウムの作り方には大きな特徴があるということを聞き、日本で唯一アルミニウムを作っている日本軽金属の清水工場を訪ねました。そこで見たものは、赤土の山。実は、これがアルミニウムの原料であるボーキサイトでした。
　このボーキサイトはアルミニウムが約２５％含まれている土のような鉱石です。日本では採れず、全て海外から輸入されています。アルミを取り出すにはまず苛性ソーダと混ぜ加熱します。次に不純物を取り除くため超巨大な釜に入れて１２００℃で焼きあげていきます。しかしまだこの状態は酸化アルミニウムと呼び、ここからまたアルミを取り出す必要があります。そして、アルミを取り出す工場へ移ると、なんと時計を見ると時間が止まっていたのです！大きな時計で試してもやはり秒針は止まってしまいました。実は、アルミニウムを作るときには５５,０００アンペアという非常に大きな電流を流しているので、時計を止めるほどの強い磁場が発生していたのです。その磁場を生み出しているのが電解炉です。この電解炉に酸化アルミニウムを投入し、大量の電気を流すと、酸化アルミニウムは酸素と切り離されアルミニウムが出来るのです。そしてようやく私達の見慣れた銀色になります。このように最後は大量の電気を使って不純物を取り除くためアルミニウムは「電気の缶詰」と呼ばれるほど変わった金属だったのです。

アルミニウムは大量の電気を使って作る変わった金属！そのため工場に近づくと強い磁場が発生して時計が止まってしまうのだ！

　ところで、アルミを噛むとキーンと嫌な感じになりますよね。試しに、町行く人にアルミを噛んでもらいました。その結果、大人は３０人中２５人が嫌な感じになるという結果に対して、子供は３０人中５人しか嫌がりませんでした。そこで歯科医に聞いてみると、この嫌な感じは虫歯の治療後の詰めた金属に原因があるといいます。実は、アルミニウムを口に入れると虫歯の治療に使う金属と反応し、電子を出しながら溶けて微細な電気が発生します。これをガルバーニ電流といいます。そこで実際にアルミ箔と銀歯に電極を付けて電圧を測ってみると、なんと約０．８Ｖの電気が流れていました。だから、歯の治療をしていない銀歯のない子供は嫌な感じにならなかったのです。ならばこの銀歯とアルミ箔を電極でつないで電子オルゴールは鳴るのか実験してみました。１７人の銀歯のあるママさんコーラス隊に協力してもらいました。電極の片方を銀歯にあてアルミ箔を口に入れます。すると新婚の佐藤さんのために用意した「ウェディングマーチ」の曲が流れ、見事実験成功でした。
　今回１７人のコーラス隊の皆さんで造ることが出来た電気は３Ｖで、これは乾電池２本分に相当します。計算上では３３０人集まると扇風機を回すことが出来ます。ちなみに実験のように口の中で発生した電流を外に逃がすと、「キーン！」という嫌な感覚はしないのだそうです。

　さて、アルミニウムの最大の特徴は軽いということ。実際に、アルミは鉄の約３分の１の重さなのです。さらにアルミは柔らかく加工がしやすいのも特徴です。そして、アルミは錆びません。ではなぜ、アルミは錆びずにいつもピカピカなのでしょうか？そこで鉄の板とアルミの板を用意し、そこに水をかけ２週間放置してみました。すると、鉄は錆びてしまったのに対しアルミはピカピカして錆びないようでした。しかし、専門家に聞くと、アルミは元々錆びていると言うのです。実はアルミのサビは薄くて透明なので通常はキラキラしたようにしか見えないのです。サビは金属によってその色は様々です。例えば主に鉄にできる赤錆や銀にできる黒いサビ、銅には緑青という緑のサビも出来ます。そこで透明なサビが出来ているというアルミを、バーナーで１３００度まで熱し溶かしてみました。すると、表面に透明な薄い錆があるため、溶けたアルミが波打ったのです。断面をみてみると酸化皮膜という薄さ１０万分の１ミリほどのサビがあり、これが非常に薄いため透明で見えなかったのです。しかも酸化皮膜は硬く均一にアルミを包み、水や酸素を跳ね返すためこれ以上中のアルミは錆びません。一方、一般的な鉄のサビは、厚く大きさもまばらなのでどんどんサビが成長して、ぼろぼろになってしまいます。アルミニウムは透明な薄いサビを身にまとうことで、これ以上錆びない金属なのです。ただし、サビがとても長い年月をかけて進行すると、白いサビの膜ができます。

アルミニウムは元々、酸化皮膜という薄いサビに包まれているので、これ以上錆びず、いつもピカピカなのだ。

　続いて、アルミと同じ成分の宝石があると聞いて銀座の宝石店を訪ねました。それはなんとルビーとサファイアだったのです。実はルビーやサファイアは土の中の酸化したアルミニウムが地熱や圧力により結晶化して出来た宝石なのです。ルビーはアルミニウムとクロムが混ざったもので、サファイアはアルミニウムに鉄とチタンが混ざって出来たものなのです。アルミルビー

ということは、アルミ缶からルビーを作ることができるのでは？ということで、筑波の産業技術研究所でルビー作りに挑戦しました。まずはアルミ缶を短冊状に細くきって結晶化マシーンにセットします。この機械はハロゲンランプを使って２０００度の超高温でアルミ缶を熱し、地中の状況を作り出すことができるのです。実験開始から約２時間でルビーの赤色の元、クロムを近づけた瞬間結晶化を始めました。さらに２時間後、見事アルミルビーの完成です。しかしルビーのような赤い色ではなく、赤黒い仕上がりになってしまいました。アルミ缶には不純物が多いため、輝いてはいても赤黒くなってしまうそうです。