秋⽥県の廃棄物を⽤いた
秋⽥県独⾃の融雪剤を作る
秋⽥県⽴横⼿⾼等学校
佐々⽊桃⼦ ⿇⽣凪紗 鈴⽊優⾐
指導教員

理数科２年 化学2班
宮野結唯 横井史菜
細⾕進 加藤華世

吉⽥⼄葉

1.はじめに（概要・動機）
雪国に住む私達にとって、除雪は⾝近な存在である。除雪には融雪剤を⽤いることがあるが、従来のものは⾦属の劣化、植物の枯死などといった環境に悪影響を及ぼしている。
先⾏研究として⻘森県では、⼤量に廃棄されているホタテの⾙殻の主成分である炭酸カルシウムに酢酸を加え中和反応を利⽤して酢酸カルシウムを⽣成するという⽅法により、塩害の少ない独⾃の融雪剤を作成したことを知った。
これらを踏まえて秋⽥県の廃棄物を⽤いて塩害がおきにくい安全な融雪剤を作りたいと考えた。

2.研究の⽬的
現在、主に使⽤されている融雪剤は、塩化ナトリウム、塩化カルシウムである。私たちは塩害を及ぼす⼀因として塩化物イオンの影響があると考えた。また、先⾏研究や先⾏事例を踏まえ、上記の塩化物の試薬と融雪の効果が期待される塩化物以外の試薬について4つの観点で⽐較し、私たちが求める融雪剤になりうる試薬を選ぶことを研究の⽬的とする。

3.実験⽅法【使った試薬と測定⽅法】
試薬︓融雪剤（市販）、塩化カルシウム、酢酸カリウム、酢酸マグネシウム、尿素、酢酸カルシウム、混合試薬(※)(※)酢酸カルシウムと酢酸マグネシウムを同じ物質量混ぜ合わせたもの
pH測定⽅法︓ラボディスク、ｐH試験紙
質量測定︓電⼦天秤
実験①⽬的︓各試薬による氷の溶け具合を調べる。
仮説︓実際に融雪剤として⼀般的に販売されている塩化ナトリウムがよく溶ける
1.プラスチック製のバット(縦20cm,横28cm,⾼さ4cm)に⽔224g、厚さ0.4cmで氷を作る。
2.氷の上に⽐較する試薬をまんべんなくかけてバットを冷凍庫に⼊れ、指定の時間後（予備実験の結果より2時間、1時間、0.5時間）に取り出す。
3.バットに⽣じた⽔の量とpHを計り記録する｡
実験②⽬的︓各試薬による溶液の凝固点を調べる。
仮説︓従来の融雪剤より凝固点の低くなる試薬がある。
1.試薬を溶かした溶液（1.00mol/kg）を試験管に10.0mL⼊れ、寒剤(NaCl)を加えた氷で冷却しながら溶液の温度を10秒ごとに計測する。
2.温度が⼀定になったら、計測をやめる。
3.測定した温度と時間をグラフにして凝固点を求める。
実験③(1)⽬的︓各試薬による⾦属への塩害の有無を調べる。
仮説︓塩化物ではない酢酸カリウム、混合試薬、尿素が錆びない。
1.試薬を溶かした溶液（0.0500mol/kg）に鉄釘を⼊れる。
2.パラフィルムで蓋をする。
3.24時間後の様⼦を観察する(溶液のｐH、鉄釘の様⼦、気づいたことをまとめる)｡※この実験では⾦属に錆を引き起こすこと、釘を浸した溶液のpHが酸性を⽰すことを塩害とする。
(2)⽬的︓各試薬による植物への塩害の有無を調べる｡
仮説︓塩化物ではない酢酸カリウム、混合試薬、尿素において植物が枯れない｡【実験に⽤いた植物】オオアレチノギク、メヒシバ
選別理由︓⽣育環境が同じと思われる植物(2種)1.試薬を溶かした溶液（0.050mol/kg）を10.0mLあたえた。
2. 1⽇1回、8⽇間なるべく同じ時刻にあたえ、同じ場所で⽣育する。
3.様⼦を観察する。
※この実験では実験後の⼟のpHが酸性を⽰すこと、植物が枯れることを塩害とする。

実験④⽬的︓炭酸カリウムを⽣成する。
仮説︓籾殻や⽶ぬかを燃焼させた灰から炭酸カリウムが抽出できる｡
1.籾殻と⽶ぬかをガスバーナーで燃焼させ、灰にする。
2.灰と純⽔を1:3の割合でペットボトルに⼊れ、よく振って撹拌し、1⽇から2⽇置く。
3.2の⽔溶液をろ過し、ろ液を蒸発させる。
4.3で取り出した粉末で炎⾊反応の実験を⾏い、粉末にカリウムが含まれているか調べる。

4.結果と考察
実験①

【結果】
氷がよく溶ける試薬は、酢酸カリウムと塩化カルシウムだった。
【考察】
pHの値が酸性でない＝塩害が少ないとすると、融雪剤の候補の成分は酢酸カリウムであることがわかった。
実験②

【結果】
凝固点が従来の融雪剤以下の試薬は、酢酸カリウム、酢酸マグネシウム、酢酸カルシウム、 混合試薬だった。

【考察】
凝固点が低いことが融雪の効果が期待できる条件とすると、融雪の効果が期待できるのは、 酢酸カリウム、酢酸マグネシウム、酢酸カルシウム、混合試薬だった。
実験③−1

【結果】
鉄釘が錆びなかった試薬は尿素、酢酸カルシウム、酢酸マグネシウム、混合試薬だった。
【考察】
鉄釘が錆びない＝塩害が少ないとすると融雪剤の候補の成分は、尿素、酢酸カルシウ
ム、 酢酸マグネシウム、混合試薬である。
参考⽂献から鉄は⽔がある時、酸素と⽔を利⽤して錆を発⽣させること、鉄釘に⾒られた錆は⽔溶液中のpHや電離に依存することがわかった｡現在、電⼦の移動に着⽬し考察中である。
実験③−2
【結果】
メヒシバが枯れた試薬︓酢酸カリウム、塩化カルシウム
オオアレチノギクが枯れた試薬︓尿素、塩化カルシウム【考察】
尿素でメヒシバが完全に枯れていた。しかし、メヒシバとオオアレチノギクで実験結果に違いが あったことと、下の先⾏研究より今回の実験では植物の枯れと試薬ごとの塩害の有無について の考察はできなかった。
・植物は⼀⽇の気温差が10℃以上あると、急激な温度差に対応できず弱ってしまう。
・植物を枯らせてしまう原因の多くは低温によるものでなく、⽔やりの失敗である。
・気温が下がってくると植物は⽣育しにくい。
実験時の⼀⽇の気温差のグラフ（図）図１ メヒシバを⽤いた実験時の気温差

図２ オオアレチノギクを⽤いた実験時の気温差【⼟壌のpH】
pHの値が酸性でないことが塩害が少ない条件とすると、尿素、酢酸カリウム、塩化カルシウム、 酢酸カルシウムが融雪剤の候補の試薬である｡

実験④
【結果】
カリウムの炎⾊反応は炎が⾚紫⾊である。
⽶ぬかの灰(粉末状)から抽出した⽩⾊の粉末で炎⾊反応の実験を⾏うと、カリウムと同様の炎⾊が観察できた。
【考察】
実験の結果より、⽶ぬかからカリウムを含む化合物が抽出できたと判断した。抽出した物質が炭酸カリウムであれば、酢酸を反応させて酢酸カリウムを作り出すことで、秋⽥県の廃棄物を利⽤した独⾃の融雪剤を作り出すことができると思われる。

写真1 カリウムの炎⾊

写真2 ⽶ぬかから抽出した粉末の炎⾊

5.今後の課題☆実験③(1)の釘の錆について釘と⽔溶液の酸化還元反応について考察を⾏い、 錆を発⽣させない試薬の特徴を明確にする。
☆実験③(2)について→今後の実験に活⽤
気温差に考慮した実験を⾏う⇢冬季が有⼒☆実験③(2)について→今後の実験に活⽤植物が吸収可能な⽔分量を考慮した実験を⾏う⇢⽔溶液をかける頻度や量について⼯夫する。
塩害の有無をより詳しく求める⇢植物の気孔を観察し、開閉の割合を調べる。
☆実験④についてカリウムが含まれる化合物と酢酸を反応させ、独⾃の⽅法で酢酸カリウムをつくり、これまでの実験①から③を同様に⾏い、融雪効果を確かめる。
☆今後の実験
実験①，②から酢酸カリウムが融雪剤として有⼒であるとわかったこと、実験④からカリウムが含まれる。化合物ができたと判断したことから、化合物と酢酸を反応させて独⾃の酢酸カリウムの⽣成を⽬指す。

6.謝辞

これまでの活動に丁寧なご指導をしてくださった細⾕進先⽣、加藤華世先⽣、本当にありがとうございました。

7.引⽤・参考⽂献
・「液状凍結防⽌剤｜⻘森エコサイクル産業協同組合」
⻘森県エコサイクル産業協同組合
・「圧雪路⾯における氷膜の形成過程」
北海道開発局
北海道⼤学

開発⼟⽊研究所
低温科学研究所

松沢 勝 ⽯本敬志
前野紀⼀

・「⾦属の腐⾷のしくみ」
東京⼯業⼤学物質理⼯学院

准教授 多⽥英司

東京⼯業⼤学物質理⼯学院

教授

⻄⽅ 篤

・「植物の基本温度」(有)花井園芸

写真3

凝固点降下の装置

写真4

使⽤したラボディスク