PVAで迫るBR反応の謎―指示薬デンプンの本当の役割―
PVA
で迫る
BR
反応の謎
PVA
で迫る
BR
反応の謎―指示薬デンプンの本当の役割――指示薬デンプンの本当の役割―
日本学生科学賞

静岡県静岡市立高等学校 科学探究科

静岡市立高等学校
静岡市立高等学校科学探究科
科学探究科

指導教諭

戸塚滋子

指導教諭
塚塚滋滋子子
指導教諭戸戸Voltage(mV)
Voltage(mV)Light(%)
Light(%)●どんな研究なの？
Briggs-Rauscher（BR）反応ではヨウ化物イオンとヨウ素が繰り返し生成し、ヨウ素デンプン反応によ●どんな研究なの？
●どんな研究なの？
る黄色と青色が繰り返し現れます。溶液の色だけでなく電圧も変化する “振動反応” として有名な BR
Briggs-Rauscher(BR)反応ではヨウ化物イオンとヨウ素が繰り返し生成し、ヨウ素デンプン反応による黄色と青色が繰Briggs-Rauscher(BR)反応ではヨウ化物イオンとヨウ素が繰り返し生成し、ヨウ素デンプン反応による黄色と青色が繰反応ですが、指示薬として加えるデンプンが、実は振動の継続に大きな役割を果たしていることはあまりり返し現れます。溶液の色だけでなく電圧も変化する“振動反応”として有名なBRBR反応ですが、指示薬として加えり返し現れます。溶液の色だけでなく電圧も変化する“振動反応”として有名な反応ですが、指示薬として加え知られていません。本研究では、指示薬であるデンプンが果たしている本当の役割を解明するために、るデンプンが、実は振動の継続に大きな役割を果たしていることはあまり知られていません。本研究では、指示薬るデンプンが、実は振動の継続に大きな役割を果たしていることはあまり知られていません。本研究では、指示薬デンプンの代わりにポリビニルアルコール（PVA）を加える BR 反応を試みました。
であるデンプンが果たしている本当の役割を解明するために、デンプンの代わりにポリビニルアルコール（PVA）をであるデンプンが果たしている本当の役割を解明するために、デンプンの代わりにポリビニルアルコール（PVA）を※※●研究（実験）の方法（株）クラレから入手しました（株）クラレから入手しました
加える
BRBR反応を試みました。
加える
反応を試みました。
Ⅰ．PVA がヨウ素呈色を示すかどうか確か
試薬
濃度
体積
試薬濃度
体積
●研究（実験）の方法●研究（実験）の方法
ヨウ素酸カリウム
ヨウ素酸カリウム 0.200.20 mol/Lmol/L
めるAA
2222mLmL
Ⅰ．PVA
がヨウ素呈色を示すかどうか確かめる
Ⅰ．PVA
がヨウ素呈色を示すかどうか確かめる
硫酸
硫酸
0.054
0.054 mol/Lmol/L様々な鹸化度の PVA を入手※※※して 3.7% 水溶
過酸化水素
過酸化水素
3.8mol/L
mL
3.8mol/L 2020mL
3.7%水溶液を作
様々な鹸化度のPVAを入手して3.7%水溶液を作 BB
様々な鹸化度のPVAを入手して液を作り、これらにヨウ素液を加えました。
マロン酸
マロン酸
0.150.15 mol/Lmol/Lり、これらにヨウ素液を加えました。
り、これらにヨウ素液を加えました。
CC2020mLmL
Ⅱ．一般的な BR 反応のデータを測定する
硫酸マンガン
硫酸マンガン
0.035
0.035 mol/Lmol/L
Ⅱ．一般的なBR
反応のデータを測定する
Ⅱ．一般的なBR
反応のデータを測定する
一般的なBR 反応で用いる水溶液 A,B,C,D（デデンプン
デンプン
DD
1.0%%
1.02.0mL
2.0mL
一般的なBRBR反応で用いる水溶液
A,B,C,D（デン一般的な反応で用いる水溶液
A,B,C,D（デン (D’)
※※
3.7%%
(D’)
3.7PVA
PVAンプン）（図 1）を用意し、10°C に冷やした後プン）（図１）を用意し、10℃に冷やした後にA,C,D,プン）（図１）を用意し、10℃に冷やした後にA,C,D,に A,C,D,B の順に試験管に注ぎ、振動回数と図１
図１
図１BBの順に試験管に注ぎ、振動回数と振動時間を測定しました。の順に試験管に注ぎ、振動回数と振動時間を測定しました。
振動時間を測定しました。
100 100 黄色
1 1黄色
Ⅲ．デンプンの代わりにPVAを用いた
BRBR反応を試みるⅢ．デンプンの代わりにPVAを用いた反応を試みる
Ⅲ．デンプンの代わりにPVAを用いた
BR 反応を試みる↓電圧の振動90 90
0.8 0.8↓電圧の振動80 80
0.6 0.6
水溶液
A,B,C,D’（PVA）（図１）を用意し、10℃に冷やした後に、水溶液
A,B,C,D’（PVA）（図１）を用意し、10℃に冷やした後に、
70 70
0.4 0.4
水溶液
A,B,C,D’（PVA）（図 1）を用意し、10°C に冷やし
60 60
0.2 0.250 50
0 0
A,C,D’,Bの順に試験管に注ぎ、振動反応が現れるか試しました。
A,C,D’,Bの順に試験管に注ぎ、振動反応が現れるか試しました。
た後に、A,C,D’,B の順に試験管に注ぎ、振動反応が現れる←色の振動←色の振動 -0.2-0.2
40 40
30 30-0.4-0.4●研究（実験）の結果●研究（実験）の結果
か試しました。
20 20 青色
-0.6-0.6
青色
10 10-0.8-0.8
・鹸化度の低い(89％以下)PVA
は赤色のヨウ素呈色を示し、鹸化度の・鹸化度の低い(89％以下)PVA
は赤色のヨウ素呈色を示し、鹸化度の0 0-1 -1●研究（実験）の結果
0 0 60 60120 120
180 180
240 240300 300
360 360
420 420480 480
540 540600 600
Time(s)Time(s)高い(95%以上)PVA
はヨウ素呈色を示しませんでした。
高い(95%以上)PVAはヨウ素呈色を示しませんでした。
・鹸化度の低い（89％以下）PVA
は赤色のヨウ素呈色を示し、
図2
図２
図２・デンプンを加える一般的なBRBR
反応では、振動は2222回、420秒継続し・デンプンを加える一般的な反応では、振動は回、420秒継続し鹸化度の高い（95%以上）PVA
はヨウ素呈色を示しませんでした。
ました（図２）。デンプンを加えないと、振動は1212回、90秒しか継続しまました（図２）。デンプンを加えないと、振動は回、90秒しか継続しま・デンプンを加える一般的な
BR 反応では、振動は 22 回、420せんでした（図３）。
せんでした（図３）。
秒継続しました（図２）。デンプンを加えないと、振動は12 回、・デンプンの代わりに鹸化度の低いPVAををBRBR反応に加えると、溶液の・デンプンの代わりに鹸化度の低いPVA反応に加えると、溶液の90 秒しか継続しませんでした（図３）。
色が黄色と赤色に変化する振動反応が現れ、振動は2323
回、420秒継色が黄色と赤色に変化する振動反応が現れ、振動は回、420秒継・デンプンの代わりに鹸化度の低いPVAをBR反応に加えると、続しました（図４）。しかし、鹸化度の高い
PVAを加えても振動は継続し続しました（図４）。しかし、鹸化度の高い
PVAを加えても振動は継続しTime(s)Time(s)
溶液の色が黄色と赤色に変化する振動反応が現れ、振動は23ませんでした。
ませんでした。
図３
図3
図３回、420秒継続しました（図４）。しかし、鹸化度の高い PVA●研究の結論●研究の結論1001001 1
90 90
0.8 0.8↓電圧の振動↓電圧の振動を加えても振動は継続しませんでした。
ヨウ素呈色を示す
PVA
は鹸化度が低く、デンプンと同様の螺旋構造をとヨウ素呈色を示す
PVA
は鹸化度が低く、デンプンと同様の螺旋構造をと80 80
0.6 0.6
0.4 0.470 70●研究の結論0.2 0.260 60っていることが予想されます。デンプンの代わりに鹸化度の低い
PVAををっていることが予想されます。デンプンの代わりに鹸化度の低い
PVA
0 050 50
黄色
黄色
ヨウ素呈色を示す
PVA
は鹸化度が低く、デンプンと同様の螺旋-0.2-0.240 40
加えた場合に限り、デンプンを加える
BRBR
反応と同様の振動が現れた結加えた場合に限り、デンプンを加える
反応と同様の振動が現れた結-0.4-0.430 30←色の振動←色の振動 -0.6-0.6
20 20構造をとっている
ことが予想されます。デンプンの代わりに鹸化度
果からは、BR
反応におけるデンプンの本当の役割は単なる指示薬など
果からは、BR
反応におけるデンプンの本当の役割は単なる指示薬など-0.8-0.8
10 10 赤色
赤色
0 0-1 -1の低い
PVA を加えた場合に限り、デンプンを加える BR 反応と0 0 60 60120120180180240240300300360360420420480480540540600600
ではなく、螺旋骨格を持つ物質として、振動の継続に重要な役割を担っではなく、螺旋骨格を持つ物質として、振動の継続に重要な役割を担っTime(s)Time(s)同様の振動が現れた結果からは、BR 反応におけるデンプンのていることを明らかにしました。ていることを明らかにしました。
図４
図４
図4
本当の役割は単なる指示薬などではなく、螺旋骨格を持つ物質●研究のアピールポイント／今後について●研究のアピールポイント／今後についてとして、振動の継続に重要な役割を担っていることを明らかにしました。
BRBR
反応におけるデンプンの重要性を記した論文は過去に一例しか無く、指示薬デンプンに注目した研究事例は反応におけるデンプンの重要性を記した論文は過去に一例しか無く、指示薬デンプンに注目した研究事例は●研究のアピールポイント／今後についてひとつもありません。PVAを用いたBRBR反応は世界初の研究事例です。
ひとつもありません。PVAを用いた反応は世界初の研究事例です。
BR 反応におけるデンプンの重要性を記した論文は過去に一例しか無く、指示薬デンプンに注目した研究事例はひとつもありません。PVA を用いた BR 反応は世界初の研究事例です。
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Voltage(mV)
Voltage(mV)

Voltage(mV)
Voltage(mV)Light(%)
Light(%)

Light(%)
Light(%)

100 100
1 190 900.8 0.880 80
0.6 0.670 70
0.4 0.460 60
0.2 0.2
50 50
0 040 40-0.2-0.2
30 30-0.4-0.4
20 20-0.6-0.6
10 10-0.8-0.8
0 0-1 -1
0 0 60 60120 120180 180240 240300 300360 360420 420480 480540 540600 600

青少年のための科学の祭典 2023 全国大会