第53回愛媛県児童･生徒理科研究作品特別賞 <愛媛県教育委員会教育長賞>「時計反応の亜種？レモンドリンクの怪」
愛媛県松山東高等学校
大野 湧仁
指導教員 教諭 大塚 森
【要旨】
時計反応は、反応の進行がヨウ素デンプン反応の呈色により、はっきりと確認できるため反応速度の実験としてよく取り上げられる。時計反応の実験後のヨウ素が生成している水溶液に、市販のレモンドリンクを加えたところ、一度完全にヨウ素が消失し、数秒後に再びヨウ素が生成するという現象を観察した。この反応を『ヨウ素再生成反応』と命名し、さまざまな酸化剤、還元剤の組み合わせでこの反応を再現することで酸化還元反応であるということがわかった。さらに、「時計反応を利用した化学反応の速さ」（岸田功）の説を用いることにより、ヨウ素再生成反応は時計反応と同じ仕組みの反応ではないかと推測した。

１ はじめに

ア 還元剤①が亜硫酸水素ナトリウムのとき

主にヨウ素酸カリウム 0.05mol/L、亜硫酸水素ナトリ

酸化剤はア、イではヨウ素酸カリウム 0.05mol/L

ウム 0.05mol/L による時計反応の実験後のヨウ素が生10mL で固定し、時計反応を起こすのに用いた還元剤成している水溶液を廃液として捨てる際に、時計反応のを還元剤①とし、亜硫酸水素ナトリウム、Ｌ‐アスコ

実験で還元剤の代用として用いた市販のレモンドリンクルビン酸、いずれも 0.05mol/L 10mL を用いた。還元＊を加えたところ生成していたヨウ素が一度完全に消失

剤②がレモンドリンクのときのみ、『ヨウ素再生成反し、数秒後に再び生成するのを観察した。この反応を応』が確認できた。また確認できた還元剤②の濃度の『ヨウ素再生成反応』と命名した。

範囲は狭かった。

この反応がどのような条件で起こるのか、どのような表１ 還元剤①が亜硫酸水素ナトリウム、還元剤②がレモンドリンクのとき仕組みで起こっているのかを検証することを目的としレモンドリンク /mL

水 /mL

時間

pH 変化(反応前→[再生成時]→反応後)

た。

205

約 16 秒

2.3→[3.5]→3.5＊市販のレモンドリンクとは、Ｃ1000 ビタミンレモン（ハウスウェル

1510約5秒

2.3→[3.1]→3.3ネスフーズ）のことである。以下レモンドリンク

1015約2秒

2.3→[2.9]→3.2

２ 研究の内容イ 還元剤①がＬ-アスコルビン酸のとき⑴『ヨウ素再生成反応』の反応条件

すべての還元剤②で『ヨウ素再生成反応』が確認で『ヨウ素再生成反応』の反応条件を探るため、酸化きた。そして、確認できた還元剤②の濃度の範囲は広剤や還元剤、またその濃度を変えて実験を行った。時かった。

計反応終了後に『ヨウ素再生成反応』を起こすために用いる還元剤を還元剤②とし、レモンドリンク、亜硫

表２ 還元剤①がＬ-アスコルビン酸、還元剤②がレモンドリンクのとき
レモンドリンク /mL

水 /mL

pH 変化(反応前→極小値→[再生成時間

酸水素ナトリウム、Ｌ‐アスコルビン酸（濃度は以下の表１～４参照）を用いた。

時]→反応後)205約 300 秒

4.8→3.6→[4.1]→4.1

ｐＨメーターを入れたビーカーでヨウ素酸カリウ

1015約 60 秒

4.7→3.6→[4.0]→4.1

ム、還元剤①、数滴のデンプン水溶液を混合し、時計

124約7秒

4.9→3.4→[3.5]→4.0

反応が起こってヨウ素デンプン反応の呈色を示し、かつｐＨの変動がほぼ見られなくなったところで、還元

表３ 還元剤①がＬ-アスコルビン酸、還元剤②が亜硫酸水素ナトリウムのとき亜硫酸水素ナトリウム /mL

水 /mL

時間

剤②を加え、ヨウ素が再生成するまでの時間、ｐＨのpH 変化(反応前→[再生成時]→極小値→反応後)変化を記録し以下の表にまとめた。ｐＨは『ヨウ素再205約3秒

4.9→[2.6]→2.0→2.1生成反応』後も安定するまでは測定した。また、還元

1015約3秒

4.9→[2.7]→2.5→3.1

剤②はメスピペットを用いて体積を量った。

124約2秒

4.9→[3.1]→2.9→4.0表４ 還元剤①がＬ-アスコルビン酸、還元剤②がＬ-アスコルビン酸のとき
L-アスコルビン酸

水 /mL

時間/mLに反応①が反応②の反応速度を上回ることでヨウ素が急pH 変化(反応前→極小値→[再生成時]に生成したように見えると推測することができる。ただ→反応後)し、この時は、水素イオン濃度は低下し反応①の反応速

205

約 12 秒

4.7→2.9→[3.1]→3.7

度は低下するが、それ以上に反応②の反応速度が低下

1015約5秒

4.5→3.1→[3.1]→4.1

し、相対的に反応①の反応速度が上昇していると考えら

124約4秒

4.9→3.2→[3.2]→4.2

れる。
グラフ２ ヨウ素再生成反応

ウ 酸化剤がヨウ素酸カリウム 0.018mol/L 10mL のとき
ウでは、ヨウ素酸カリウム 0.018mol/L 10mL で固定し、還元剤①、②はア、イで用いたものと同じ濃度、組み合わせを用いた。
この濃度設定のとき、すべての反応が酸化還元反応だと仮定すると、還元剤①、②を加えるとヨウ素は生成しない。このとき、ア、イの『ヨウ素再生成反応』が確認できたすべての還元剤の組み合わせで反応が起こらなかった。

⑵『ヨウ素再生成反応』の仕組み
時計反応の仕組みを以下の 2 式を用いて考察する。
①

2IO3－+5HSO3－→I2+5SO42－+3H++H2O②

I2+HSO3－+H2O→2I－+3H++SO42－

３ 研究のまとめ様々な還元剤、酸化剤の種類、濃度の組み合わせを試行したところ、『ヨウ素再生成反応』は酸化還元反応で反応①は時計反応でヨウ素が生成する反応である。こあるが、ｐＨの影響を大きく受けることがわかった。物の反応の反応速度は水素イオン濃度の上昇とともに、急質量比で考えると反応が起こるはずのとき(⑴のアの還激に大きくなる。反応②は生成したヨウ素が、未反応の元剤②がレモンドリンクでその濃度が小さいとき、そし亜硫酸イオンに還元される反応である。てアの還元剤②が亜硫酸水素ナトリウム、Ｌ‐アスコル

岸田によると、時計反応で酸化剤、還元剤を混合してビン酸のすべての濃度のとき)に、反応が起こらなかっヨウ素が生成するまでは反応②が反応①の反応速度を上たのは、測定したｐＨをア、イで比較し、⑵での考察を回っているのでヨウ素は見かけ上生成しないが、それぞ踏まえると、水素イオン濃度が高く、初めから十分に反れの反応が進行し亜硫酸水素イオンが反応して、より電応①の反応速度が大きいため、ヨウ素が消失しなかった離度の大きい硫酸イオンになり水素イオン濃度が上昇すと考えられる。そこでｐＨを調整すると反応が起こるのると反応①の反応速度が急上昇し、グラフ１の時刻ｔでではないかと考え、ｐＨ4.0 の酢酸緩衝液を加えて実験反応②を上回り、一瞬で生成するように見える。グラフ

すると、『ヨウ素再生成反応』が確認できるようになっ１では模式的にこの状況を表している。

た。

グラフ１ 時計反応

岸田の時計反応を説明する説を応用することで『ヨウ素再生成反応』の反応機構を推測することができた。水
素イオン濃度の変化により、反応②よりも、反応①の反応速度が大きくなることでヨウ素が急に生成すると推測できる。水溶液の組み合わせにより、ｐＨが異なるためヨウ素が再生成するまでの時間には大きなばらつきがあった。

参考文献
・化学と教育 50(7), 513-515, 2002-07-20『ヨウ素再生成反応』も同じ仕組みで反応が起こっているとしたら、以下のグラフ２のように、グラフ１と同様利用した化学反応の速さ

岸田功

時計反応を