2021-06

石の発光と石の硬度や含まれる鉱物との関係
イオン

石川県立七尾高等学校の配置○研究の背景と目的

石同士を打ち合わせた際、石が発光する組み合わせがあることに興味を持った。実際に石同士を打ち合わせると、発光した石は比較的白く、がずれ先行研究を調べたところ、圧電効果という現象を知った。そこで、硬度と石英含有率が発光のしやすさにどのような影響を及ぼすのか調べた。

る○火打石と圧電効果の仕組み【火打石の仕組み】【圧電効果】

異なる硬度の物質同士を打ち合わせた際に生じる運動エネル

陽イオンと陰イオンが規則的に並んでいる結晶に外部から力を加ギーが熱エネルギーに変換され、片方の飛び散った破片が火花えることでイオンの配置がずれ、電圧が発生するという仕組み。

として外界に飛び散るという仕組み。

使用例：ライター、ビリビリペン、発電床

金属

石

運動エネルギー

熱エネルギー

イオンの配置が対称的

イオンの配置がずれる

○実験方法

○結果

①手取川の河原で収集した行った実験をもとに硬度順、石英含有率順に並び替え表を作成し、傾向を調べた

25 個の石を 2 個ずつ互いに①硬度順
高打ち合わせる※石にふった番号は見分けるためのものであり、番号の順番に意味はない②発光するか目視で調べる

発光回数
0 回：白
1 回：紫2 回：緑
3 回：赤③この作業を３回繰り返す○主な結果が得られた石
発光回数が多い

4，213 23②石英含有率順
高4 25 212 22

18 11 12 13

7 15 16 18 19 20 26

56 14 17 24

93 233243253213333231233223333213322232238213021311132223332121122300102132122313101223207002211012153133313313010163333313212200023

18000000000000000

1900000

1000000001020312231121012111002633313232322013

30125333333332322132002363333333313111230023314222220220111032000331711011002000000100011002433333232113122200123320

90000000000000000000000030低記号
発光回数が少ない

17，20ABCDEF

３回発光した割合（％） 80

7041036

14

Ａ、Ｂ、Ｃの区分で３回発光した石の割合が多い
一度も発光しなかった 9，184 25 21

2 22651 16 15

78 26

9 11 12 13 14 17 18 19 20 24323232433253322133323123322333322633333353333333312322323331633333133221531333132333

7001

３回発光した3

組み合わせが3多く分布222111020821302131211112633313233323319000000000000000113222333332232220121122300121200020213212231312101001010142222202332230030111171101100012100010000180000000000000000000

1900000100001000100000002031223112221111200120000243333323332222120131200030001低発光しない組み合わせが多く分布
石英含有率が高いほど発光回数が多い○考察【考察①】・一方の硬度が高ければ、内部の結晶構造がより歪み発光する【考察②】・石英含有率が高いほど圧電効果の要因である結晶構造が多く存在するため発行が多くみられる・石の組み合わせによらず、発光しない場合がある○結論
・打ち合わせる石の一方の硬度が高ければ、他方の硬度に関わらず、結晶内のイオン配置がずれ発光する・２つの石を打ち合わせる際に見られる石の発光は、打ち合わせる石の一方の石英含有率が影響するのではなく、打ち合わせる石の双方の石英含有率が影響し、それらの石英含有率が高いほど発光する○今後の展望・発光した石と発光しなかった石との違いを成分分析し、鉱物単位からの研究を行う
・石の温度によって石英の体積が変化することから、温度変化が発光回数に影響するのかを調べる○参考文献
圧電効果による石の発光実験
https://nisimoto.wordpress.com/2016/10/17/圧電効果による石英の発光実験/○謝辞
金沢大学の森下知晃先生には、研究を進めるにあたって大変お世話になりました。ありがとうございました。

石 川県立七尾高等学校 0 6
石 の発光と石の硬度や含まれる鉱物との関係

抄録
石の発光は硬度、石英含有率に影響されると考えられる。また、打ち合わせる石の硬度や石英含有率に関わらず、例外的に発光しない石があることも分かった。
１ ．研究の背景と目的
予備実験において、石同士を打ち合わせると、石が発光する現象が見られた。その現象は、火打石の原理ではなく、石にかかる圧力により石内部の結晶構造が変化し、電圧が生じる現象である圧電効果が影響することが分かった。そこで、以下の仮説をたて、石の硬度と石に含まれる鉱物、特に石英の影響を明らかにすることを目的として実験を行った。① 石の硬度が高いほど、石英の結晶構造が大きく歪み、圧電効果が顕著に見られる。② 石英含有率が高くなるほど、石英の結晶構造が占める割合が増加し、圧電効果が顕著に見られる。
２ ．方法
先行研究により、発光現象には石英が関係していることが示唆されていたので、石英が含まれる石が比較的多い手取川の河川敷で、硬度や成分が異なると思われる石を 25 個収集した。この石に 1 から 25 までの番号を付けて、2 個ずつ互いに打ち合わせ、石が発光するかどうかを調べた。この作業を 3 回試行した。その後、この実験において、石が発光した回数を硬度順や石英含有率順に整理し、まとめた（図 1, 2）。
３ ．結果
高Ⅰ 少 な く と も打 ち 合 わせ る 一 方 の石 の 硬 度が 高 い 組み
合 わ せ は発光 回数が多 い（図 １）。
Ⅱ 石 英 含 有 率が 高 い 石同 士 の 組 み合 わ せ では 発 光 回数が 多 く 、石 英含 有 率が 低い 石同 士の 組 み合 わせ では 発

3 234 25 212 2218 11 12 137 15 16 18 19 20 26

56 14 17 24

9323243253213332312223333233333221232238213021311132223332121122300102132122321331017002221101215313331331316333331321220002010023

光 回 数 が少な い（図２ ）。
Ⅲ 石 の 組み 合わせ によらず 、1 度 も発光 しない石 が 2 個低存 在 し た。
図１．硬度と発光回数の関係
４ ．考察
少なくとも打ち合わせる石の一方の硬度が高いと内部の結晶構造がより歪むため発光が多く見られる。また石の石英含有率が高 高いほど圧電効果の要因である結晶構造が多く存在するため、発光が多く見られる。
５ ．展望
成分分析によって鉱物単位から研究を行いたい。また、石の温18000000000000000190000010000000010203122311210121110026333132323220133015333333332322132002363333333313111230023142222202201110320003

1711011002000000100012433333232113122200123320

900000000000000000000000

2 22651 16 15

78 26

3 23

4 25 21

23313000

9 11 12 13 14 17 18 19 20 24

323243325

3322133332312322333322633333353333333331232232331633333133153133313233370022211110208213021312111126333132333233190000000000033223000011322233333223222012112230012120002021321223131210100101014222220233223003011171101100012100010001800000000000000000019000001000010001000000020

312231122211112001200002433333233322221201312000

度が石英の体積に影響することから、どのような温度において、石の発光が見られるのかも調べたい。
低６ ．参考文献
図２．石英含有率と発光回数の関係
・圧電効果による石英の発光実験
https://nisimoto.wordpress.com/2016/10/17/圧電効果による石英の発光実験/

７ ．キーワード
圧 電効果 石 英

硬度1000001