化学の授業で、「ダイヤモンドは、炭素原子だけからできていて、燃やすと全部二酸化炭素になる」という話をすることがある。これを、講議だけではなく実際にやって見せられないか、それもできるだけ簡易に。これが本稿の主なテーマである。

　まず、直径1,2ミリ程度の原石を入手した。ガストーチで、強熱後すぐに酸素ガスを吹きかけることを、何回か試みた。しかし、何の変化もおこらない。これらの経験をふまえて、今回は、ダイヤモンドを燃焼させようとした動機、パソコン通信やインターネットの理科教育ＭＬを通しての情報交換、ダイヤモンド燃焼実験、さらに簡易化への試みについて、報告したい。

　盛口襄さんが提案した中学校・高校の理科室で行えるレベルの「気相法」¹⁾で、中学校３年生有志とダイヤモンドの合成にとりくんでから、ダイヤモンドに対する興味が強くなった。私も編集・執筆に参加している教科書²⁾では、コラムで「ダイヤモンドを燃やす」を紹介している。これを取り上げるとき、「同素体の話のところで何かないか・・・」と言うので、「ダイヤモンドを燃やす話がいいんじゃないの」と編集会議で言った記憶がある。しかし、ぼくはやったことがない。でも、授業でダイヤモンドを燃やして見せたい。昔の化学者の本を読むと、講義で燃やして見せた、などと書いてある。日頃の授業でも、ダイヤモンドを燃焼させるのを見せると、中学校でも高校化学でもインパクトがあるのではないか、そう思ったものだった。

　「ダイヤモンドは、炭素の同素体の一つで、燃焼させると全部二酸化炭素になる」という話はよくされている。しかし、実際にダイヤモンドを燃焼させて確認することは、意外となされていない。そこで、安価に入手できる工業用ダイヤモンドを用いて、中等教育レベルで、できるだけ簡易に行えるダイヤモンドの燃焼の方法を開発したいと考えた。

　以下は、パソコン通信（ニフティサーブ　FCHEM「教育」、FSCI「化学」、FKYOUIKUS「理科の部屋」）とインターネットの理科教育ＭＬを通しての情報を整理したものである。（全員から転載了解をいただいている。）

• さんちゃん／池田勝利（関西創価学園）　自身ではダイヤモンドを所有したことがありませんので燃やしたことも当然ありませんが(^^;)、かなり以前に、あるＴＶのクイズ番組で見たことがあります。問題は、「耐火金庫の中に入れてあるダイヤの指輪が、火災に遭うとどうなるか」だったと思います。解答のＶＴＲのなかで、実際に宝石店から提供された１００万円のダイヤを耐火金庫の中に納め、バーナーで金庫ごと加熱して（確か庫内温度は１０００℃を越えていたと思います）、特殊カメラでその変化の様子を撮影していました。加熱開始後、10 数分でダイヤの表面が変化し始め、徐々に消えていく（二酸化炭素に変化したのでしょう）様子は、頭では分かっていても本当にインパクトがありました。リングの部分がプラチナだったかどうかは分かりませんが、触媒は特に用意していなかったと思います。
• 一色健司（高知女子大学）　最近読んだ本の中に、ブルーバックスの「ハイテク・ダイヤモンド」というものがあります。それによるとダイヤモンドを燃やすには1000℃以上に加熱する必要があるそうです。また、同書には、ラボアジェがダイヤモンドを燃やすと石灰水を白濁させる気体が生成することを発見したこと、その後、テナントがダイヤモンドと酸素を封入した容器の中で加熱して二酸化炭素しか生成しないことを確かめて、ダイヤモンドは炭素のみでできていることを示したということも書かれています。
• SAGE/山崎誠二　金沢大学で昨年行われた放射化学特論の集中講義の講演会で、ダイヤモンドについてのお話がありました。そのとき演示実験でダイヤモンドを燃焼させるという実験がありました。そのダイヤモンドは、直径２から３ミリメートルぐらいの微細なもので、かつ混じりけの多い純度の低いものでしたが、これをバーナーで加熱した後液体酸素中につけるという方法で燃焼させていました。灼熱したダイヤモンドは、液体酸素中で激しく光りながら燃焼していました。集中講義をなさった先生は東京大学名誉教授の小島稔先生で、内容としては、隕石中の希ガスの測定を行えば地球誕生の秘密にせまれるという主旨のものでした。その中で、「マントル中では比較的簡単にダイヤモンドが生成し、純度の低い小さい結晶ならば安価である」と言う話があり、印象づけるためにダイヤモンドの燃焼実験を行いました。実験は至って簡単に行われ、ビーカーに液体酸素をいれておき、ダイヤモンドの粗結晶をバーナーで軽くあぶり表面が燃焼を始め赤い炎が出始めたら液体酸素中に落としました。すると、ダイヤモンドはより明るく輝き、まるで金属ナトリウムを水中にいれたときのように少しずつ小さくなりながら燃焼していました。
• だいごろう／大川政志　ダイアモンドを燃やす話しについてです。少し前のNHKでダイアモンドを扱った番組がありました。確か朝の番組だったと思います。その中で、ダイアモンドを直接、ガラス細工用のバーナーで燃やす実験が放映されてました。数分ほどバーナー中で加熱していましたが、この実験ではダイアモンドは、表面が白くなるしか変化が見られませんでした。これは、表面の一部が燃焼し、表面に凸凹が出来るために白く濁って見えるのだと解説してました。酸素が十分供給されると完全に燃焼できる様なことも言っていたと思います。
• フリーラジカル　「科学を名のった嘘と間違い−非科学の科学史」現代教養文庫にも、1797年のテナントの実験と、その後の人工ダイヤモンド作りの、ドタバタが興味深く書かれています。同書は偽化石事件や月人騒動など、とても面白く書かれていますが、なにぶん昭和５０年発行なので、現在書店にあるかどうかは？です。
• 左巻健男　空気中で燃焼をはじめるのが、1000℃とか1200℃とか聞いています。しかし、化学のある普及書には、最初にダイヤモンドが燃えた事件の記述があります。虫眼鏡でダイヤモンドに焦点をあわせたらぎらぎら光ってきて、青っぽい煙をあげてダイヤモンドが消えてしまった、と（ブヤーノフ『ふしぎな原子』理論社1955　初版）。どうも、こんなに簡単に燃えるのかな、という気がします。しかし、他にも、昔の化学者が講義実験で見せていたわけですから、思っているより簡単なのかも知れません。小島稔先生の講義でも、表面の燃焼はすぐにはじまったのですね。液体酸素中というのが、ちょっと大変という感じですね。気体の酸素中でもいけそうですね。
• ありゃりゃん　「教えてガリレオ」だったかも。いやしかし、みてて、「あーもったいなあい」なんて思ってしまいました。たとえ人工ダイヤであまり希少価値はないなんていわれても。。。(^^ゞ
• 水原素子　１０年以上昔のことですが、ＴＶで、ダイヤモンドを燃やす実験を見たことがあります。何せ昔のことなので、はっきりと憶えてはいませんが、粉末のダイヤモンドをガラス管（フラスコだったかも）に入れて、電熱線で（？）加熱して燃やしていたと、記憶しています。見たときは「うわ〜、なんて贅沢な実験だろう！(゜_゜;)」と驚いたのですがよく考えてみると、ダイヤモンドとはいえ粉末ならそれほど高くはないのかもしれませんね。でも、インパクトのある実験であることは確かです(^_^)。
• 小丸小僧／小野山裕治　さすがにおっきなお宝を燃やす勇気はありませんでしたが、昔うちの担当教官が合成ダイヤモンドを見せびらかしてたので「これ燃えるんですか？」と聞いてみたところ、燃えるに決まってるじゃないかといって、白金るつぼの中にいれたダイヤモンドをガスコンロであぶって．．．　燃えるんですねこれが。別に派手な炎が出るわけではないのですが、燃えると言うよりほとんど揮発してしまったような感じでしたね。結局燃えかすというか白っぽい滓みたいなのを残して消えてしまいました。
• 野間美由紀　宝石関係の本などでは、「もしも家が火事になったらダイヤモンドは燃えてしまうのか」という記述がときどき載っています。大抵の本には、燃え尽きずに残った場合は、表面が「やけど」しているので再研磨に出せば、サイズは小さくなりますが、また光ります、と書いてあります。この「やけど」っていう表現が、いかにも非科学的で好きなんです。
• 谷本泰正（岡山県立岡山芳泉高校）　数年前に、岡山県の教育センターの研修講座で、酸素を流しながら燃焼させる実験をさせてもらったことがあります。私も白く輝きながら燃えていくダイヤモンドを見て、感動しました。このときは、ガラス管の中に酸素を流し、ニクロム線？に電気を流して点火したように記憶しています。排気を石灰水に通して二酸化炭素を確認したのだったかな。まぶしい光の記憶以外は少しあいまいです。手元にその時の資料がありませんので正確ではないかもしれませんが。

　林良重編『化学雑話』（裳華房）の「ダイヤモンドを燃やす」という項には、「酸素を送り込みながらガスバーナーで強熱してもダイヤモンドは燃え出さなかった。それに対し、黒鉛は簡単に燃えた」とある。そこで、「太い試験管にらせん状ニクロム線ではさんだダイヤモンドを入れ、酸素を送り込みながら通電してダイヤモンドを加熱したら、赤熱状態から白く輝くようになり、通電加熱を弱くしても白く輝き続け、次第に形が小さくなり、石灰水は白濁し始めた」とある。

　どうしたらダイヤモンドを入手できるか？私は、ダイヤモンドの業界団体の電話番号を調べた。そのつてをたどって、ダイヤモンドの業者を紹介してもらい、ダイヤモンドを入手することができた。原石は、0.05グラム程度で無色透明である。

• 失敗１　原石をピンセットで摘み、ガストーチで赤くなるまで加熱する。赤くなるまで加熱したものを酸素ガスで満たした丸底フラスコの中に入れる、触媒として酸化鉄（赤色）を擦り付けたもので同様の加熱をする、針金で吊しメッケルバーナー上で加熱する、メッケルバーナーで加熱しつつ酸素ガスを吹き付ける等、順に試みたが、どの場合も燃えはじめない。
• 失敗２　備長炭に窪みを掘り、そこにダイヤモンドを入れ、強熱して、真っ赤になったら加熱を止め、すぐに酸素を吹きかける。燃えはじめない。この方法は和田志朗さん（保善高校）の教示による。
• 失敗３　穴を２つ開けたゴム栓にステンレス製の串を２本刺し、ガラス管も付けた。串の穴（リングがついていたところ（先ではなく根元）に、0.8ミリのニクロム線をコイル状にして 90 cm とりつけ、そのコイルの中に三角架のセラミック筒を半分に切って入れた。筒半分のところにダイヤモンドを乗せて、これをフラスコに入れ電流を流して加熱し、赤熱したところで酸素を吹きかけた。ニクロム線が焼き切れた。
• 失敗４　ダイヤモンドを入れた丸底フラスコに酸素を送り込みながら、ダイヤモンドをバーナーで強熱したが、全然無理。

　三角架のセラミックの筒２本に挟み、1650℃の炎が出るバーナーで、高温にした。白く輝くぐらいに熱してから酸素を吹きかけたら燃えはじめた。成功のポイントは、熱が逃げにくくして高温を保ってから、酸素を吹きかけると言うことのようである。次には、砂皿の上に三角架のセラミックの筒（ダイヤモンドがすっぽり入るように穴を広げた）を立て、ダイヤモンドを置き、バーナーで強熱してから、酸素ボンベからの酸素を吹きかけるという方法で行い、燃焼させた。

　各種情報と第６節の結果³⁾から、ダイヤモンドを約1000℃に保って酸素を吹きかけるとよい、ということが予測できる。そこで、試験管での塩化ナトリウム融解実験⁴⁾を思いだした。試験管に塩化ナトリウムを入れ、ガストーチで熱すると塩化ナトリウムは融解する。融点は800℃だから、もう少し温度を上げればいいわけである。試験管に入れて熱するだけで燃焼させられれば、教科書²⁾や第３節の文献などよりも、方法を簡易化できる。

　パイレックス製試験管にダイヤモンド原石を入れ、酸素を送り込みながら底を強熱する。ガストーチ１台の炎では不足と考え、２台の炎を当てた。燃え出したら炎は遠ざけた。白く輝きながら燃焼してなくなった。これで、燃焼させることができるということがわかった。

　次にさらに簡易化するためにガスバーナー１台とガストーチ１台で加熱し、また二酸化炭素の確認をふくめる実験を行った。ゴム栓に２つ穴をあけガラス管を通して、一方より酸素を送り込み、もう一方からの排出気体を石灰水に導いて二酸化炭素を確認するという方法である。しかし、この方法で、パイレックス製試験管はダイヤモンドが発火する前に、軟化し、底に穴が空いてしまった。連続８回とも穴が空き、ダイヤモンドを燃焼させることができなかった。たまたま最初の１回は穴が空く前にダイヤモンドが発火したに過ぎなかったのである。

　方法を再考しなくてはならなかった。熱に強い石英試験管を使い、1200℃まではかれるデジタル温度計のセンサー部分を底に差し込んで酸素雰囲気中で何℃でダイヤモンドが発火するか調べてみた。すると、800℃を少し超えたところで発火することがわかった（820℃では確実）。パイレックス製試験管ではぎりぎりでダメなのである。

　一つは、直径が5mm、長さが20cmの透明石英管の真ん中にダイヤモンドを入れ、一方より酸素を送り込み、もう一方からの排出気体を石灰水に導いて二酸化炭素を確認するという方法をとってみた。ガスバーナーの炎が最強になるように調節したら、それだけで発火した (Fig. 1)。発火したらバーナーの加熱は止める。石灰水は白濁した。石英管さえ入手できれば非常に簡単な方法である。ガスバーナーの火力が弱い場合には、ガストーチで加熱すればよい。

　もう一つ、第６節で述べた方法を改良して、二酸化炭素の確認もできるようにした。セラミックの筒にダイヤモンドを載せてガストーチで強熱してから、酸素を吹き付けて燃焼させるとき、酸素送り込みと二酸化炭素排出用のガラス管をつけたガラス筒をかぶせて燃焼を持続させる方法である。直径が18mmのガラスの筒（試験管を切断しても作製可能）にガラス管を２本通したゴム栓をつけたもの（そのガラス管には、一方より酸素を送り込み、もう一方からの排出気体を石灰水に導けるようにゴム管をつける）、セラミックの筒（三角架のものを１本使用。穴を同じセラミックのかけらで埋める。穴の上部はダイヤモンドがすっぽり入るようにスペースを空ける）、ゴム栓を用意する。ゴム栓には穴を空けてセラミックの筒１本を固定する。酸素送り込みと二酸化炭素排出用のガラス管をつけたガラス筒には、酸素ボンベから酸素を送っておき、二酸化炭素排出用のほうは、石灰水に入れておく。セラミックの筒の上部にダイヤモンドを入れ、ガストーチで強熱し (Fig. 2)、セラミックの筒の上部とダイヤモンドが真っ赤になったら、加熱をやめて、すぐにガラス筒をかぶせると燃焼が始まる (Fig. 3)。見る間に石灰水は白濁する。石英管がなくても行える方法である。

8. 最後に

　この研究をはじめる前、電子ネットはもとより、直接会った中学校・高校の理科教師にも「ダイヤモンドを燃やしたことはあるか」と聞いて回った。授業の「話」としてはよくされている内容だが、実際に自分が燃やしてみたという方はほとんどいなかった。となると、何とか燃やしてみたいと思うものだ。失敗に次ぐ失敗であった。それはそれでダイヤモンドの共有結合の強さのすごさを実感した。しかし、ついには今までの文献にある方法より簡単な方法を開発することができた。実際に行うには、原石１個が２千円程度というのが最大のネックである。さらに映像教材を作成し、ダイヤモンドの燃焼の様子を全国の生徒たちに見せてやりたい。

　本研究にあたり、96年度文部省科研費奨励研究（Ｂ）「ダイヤモンドの燃焼の教材化の研究」で補助をいただきました。

1. 左巻健男編著『理科おもしろ実験・ものづくり完全マニュアル』（東京書籍　1993.8）pp.142-146.　気相法によるダイヤモンドの合成法の紹介（盛口襄さん執筆「簡単なダイヤモンド合成」）.
2. 『化学の世界［ＩＡ］　』（東京書籍　H9年文部省検定済教科書）p.14「プロムナード　ダイヤモンドを燃やす」
3. 左巻健男編著『新理科の授業　情報入手・知的生産術』（民衆社　1997.7）pp.12-17, 27-28.　「知的生産のためのワープロ・パソコン活用法」にその具体例として電子ネットでのやりとりを含め、途中までの研究経過（第６節あたりまで）を時系列に沿って紹介.
4. 左巻健男編著『たのしくわかる化学実験事典』（東京書籍　1996.3）pp. 64 - 66.　塩化ナトリウムの融解実験の紹介.

Burning Diamonds as a Classroom Project

Takeo SAMAKI
Senior High School Attached to the Faculty of Education of Tokyo University
E-MAIL：samakitakeo@nifty.com

トップへ

v2n2目次へ