出張講義ナビゲーター

人類が手にした化学物質は現在、2億1900万種類あります。そのすべての物質は118種類の元素の組み合わせに過ぎません。元素は原子番号の順番に並べると、周期的に似た性質が現れる規則（周期律）があります。周期律に従って元素を並べた表のことを周期表と言います。受講された皆様全員に周期表をプレゼントします。周期表を見ながら、身近な元素から、見たこともない元素まで、実際の元素の実物を見て、触ってみましょう。虹の七色に輝く元素、宝石のように光り輝く元素、曲げると泣き出す元素、118種類の元素は実に個性豊かです。楽しい周期表のお話をしましょう。物質の世界の楽しさ・奥深さを伝えます。演示実験と生徒実験（体験）を中心とした授業です。

私たちが暮らす地球は大きすぎて、球であることは実感できません。しかし地球儀を見たり触ったり、宇宙から撮影した地球の画像を見れば、地球が丸いことを想像して実感できます。一方、私たちが暮らす世界は物質でできています。物質は原子でできていますが、小さすぎて原子を粒として実感することは困難です。この講義・実験では、小さすぎて実感しにくい原子・分子・電子の不思議な世界を知り、想像して実感できるようにします。量子化学の不思議な世界を三次元可視化して示し、色と磁性の本質を伝えます。お話し中心ですが、演示実験、生徒実験もあります。眩しく輝く化学発光の実験あり。

秀丸エディタ、DV-Xα分子軌道法プログラム(SCAT)本体、DV-Xα法計算支援環境（秀丸エディタマクロ集）、教育用分子軌道計算システムeduDV、三次元可視化システムVESTA、構造ファイル変換ユーティリティOpenBabelをインストールしたWindowsパソコンなら、化学の教科書に出てくる原子、分子、錯体の電子状態を容易に計算し、原子の波動関数（原子軌道）、分子の波動関数（分子軌道）、静電ポテンシャルマップなどを三次元可視化することができます。周期表の全元素に対応しています。インストールの仕方から、様々な分子や錯体の量子化学計算を行って計算結果を三次元可視化する方法まで伝授します。

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　DNAと聞くと何を思い浮かべるでしょうか？　遺伝子？　生き物？　お父さん・お母さん？　ほとんどの人が生物に関する事柄を挙げると思いますが、DNAもペットボトルやプラスチックと同じ「高分子（小さな分子の集合体）」という化学物質です。ということは、DNAも何か新しい材料として利用できるのではないでしょうか？　本講義では高校の授業では生物として扱われているDNAを、化学の視点から切り込み、素材としてのDNAの可能性について説明します。また、簡単な実験を用いて、生物由来の高分子についての講義も行います。

　身のまわりにある物質の中には光によって変化するものが数多くあり、これらの化学反応を一般に光化学反応と呼びます。（デジカメでない）写真の感光や植物の光合成も鍵となる反応は光化学反応です。ここでは高校の化学では学ぶ機会の少ない光化学反応について、簡単な実験を通してその一端に触れていきたいと思います。

　現在、白色LEDは次世代照明として大変注目されています。その理由は、既存の照明を白色LEDに置き換えることで大幅な省エネルギー化が期待できるからです。この白色LEDの実用化には、最近ノーベル賞受賞でも話題となった青色LEDの存在が挙げられます。しかしながら、白色LEDの実現には青色LEDと一緒に使われる“光る粉”も同じくらい重要です。“光る粉”=“蛍光体”は、古くから私達の身の回りでも多く使われています。この講義では、蛍光体の発光メカニズムについて実演を交えて解説するとともに、古代から現在までの利用されてきた経緯についても紹介します。

　超分子科学の分野において、近年注目されているトピックスの一つとして、2016年ノーベル化学賞の受賞対象となった分子マシンが挙げられます。分子マシンとは、ミクロあるいはナノスケールで制御された機械的動きをおこす分子、あるいは分子複合体のことを指します。この講義では、有機化学に関する基礎的なトピックスに加えて，これまでに報告されている様々な分子マシンと機能を紹介しながら、最新の研究トピックについてわかりやすく紹介します。

　高分子は今や生活に欠かせない材料となり、日用品から最先端機能材料まで幅広く用いられています。しかし、実際に用いられている高分子の種類は意外に多くなく、高分子が有する階層構造を制御することで様々な機能・物性の利用が行われています。本講義では高分子（ポリビニルアルコール）と低分子との相互作用を通してスライム、スーパーボール、ビニロンスポンジ、偏光板等を適宜作製し、単一の高分子においても様々な機能・物性が発現することを実感してもらいます。
※講義時間は60分以上をお願いいたします。また、ガラス器具一式をお借りします。

　地球は大気・水・土壌・生物から構成されており，これらの間で様々な物質が循環しています。人間による環境中への汚染物質の排出や自然破壊はこの物質循環を乱し，結果として環境問題を引き起こしていると考えられています。この物質循環を理解することは環境問題が起こった原因の究明や，解決策を考えるうえでのヒントになります。そこで，本講義では特に水と土壌との間でみられる物質の循環に焦点を当て，基本事項から最近の研究例についてわかりやすく紹介します。

分子による赤外光の吸収を調べる手法（赤外分光）は、分子の構造や周囲の環境に関する重要な情報を与えてくれます。その一方で、①水が赤外光を吸収してしまうため水溶液での測定が難しい、②波長が長い赤外光を使うため微小な試料を観察することが不可能である、という欠点もあります。いくつかのレーザーを組み合わせることで、赤外に対して「超解像」を達成し、克服した観測手法が近年開発されています。講義では、赤外光を利用した観測手法の基礎と、「赤外超解像技術」の利用の実例を解説します。

　静電気を使ったクイズ＋演示実験を行い、静電気の基本的な性質を説明します。静電気が物体を引き付ける現象（静電誘導および誘電分極）を示し、全体としては電荷を持っていない原子・分子も内部に正負の電荷（原子核と電子）を含んでいることを説明します。電子レンジでの加熱実験を通じて、分子の極性についても説明します。化学結合も本質は静電気力であることも説明します。

　導通テスター等を使って身近な物体の電気伝導についてクイズ＋演示実験の形式で調べていき、金属光沢をもったものは、基本的に金属であり良導体であることを確認します。同時に、金属酸化物はイオン結晶であり、一般的には良導体ではないことも示します。ポテトチップスの袋にはアルミ蒸着膜が使われていますが、その理由を説明し、金属の性質が身近なところで活用されていることを紹介します。また、金属の電気伝導と熱伝導の相関を示し、その両方が自由電子のはたらきによるものであることを説明します。

　全ての物質は原子・分子といった粒子でできています。この考え方を使うと、様々な身近な現象を統一的に理解できます。このことを「気体を圧縮すると反発力がはたらくのななぜか」「食塩水をろ紙でろ過するとどうなるか」「食塩水の上に水を静かに注いで放置するととうなるか」といった基礎的な問題を考えながら実感してもらいます（一部の問題は演示実験あり）。その上で、気体の実体モデルやシミュレーションを提示し理解を深めます。また、原子論が正しいと認められるようになった歴史についても触れます。

高校化学でエンタルピーおよびエントロピーを扱うようになりました。この講義では、一歩進んで自由エネルギーという量を導入し、化学反応が進む向きが自由エネルギーに支配されていることを説明します。自由エネルギーを使った議論で、温度変化に関するルシャトリエの原理、化学平衡の法則、イオン化傾向、相変化などの広範囲の法則・現象が説明できることを高校生にもわかるように示します。　
※　高校でエンタルピーとエントロピーを学習した生徒を対象とした内容です。

　100V用の白熱電球を使ったテスターで電解質の水溶液が電気をある程度流すことを確認します。このテスターを使って、クイズ＋演示実験の形式で、多くの食べ物の中にイオンが存在することを確認していきます。自然界の中でイオンが土壌→植物→動物→土壌と循環していること、植物の肥料の正体はイオンであることを説明します。有害なイオンがこの循環に入ることで公害が発生することにも触れます。

脳や神経系をもたない植物は、環境変化に対して、オーキシン、ジベレリン、サイトカイニン、アブシジン酸、エチレンなどの植物ホルモンとよばれる低分子の有機化合物を体内で合成する。植物は、この植物ホルモンを成長調節物質として利用することで、温度、日照、水分、栄養などの環境要因に対して応答して自己の組織を環境に適応させて最適な成長形態をつくり上げる。本講義では、この植物ホルモンの作用-成長調節物質の全般を紹介する。

　新しい医薬品は、化学・生物の膨大な情報と最新の技術を駆使した「創薬」によって、長い年月と莫大な費用をかけて創り出されます。これらの医薬品創製に活用されている最新技術を紹介しながら、医薬品がどのように設計・合成されてゆくのかを概説し、「創薬」が医学・薬学だけではなく理学・工学・農学の知識・技術を集約した学問であることを説明します。

　右手と左手は同じ作りをしてはいても、重ね合わせることはできません。小さな分子の世界にも“右手”と“左手”のような関係にあるものがありますが、必ずしもペアとして同じ数だけ存在するわけではなく、どちらか一方しか存在しない場合もあります。この講義では、これらの片寄りと生命現象、医薬品、食品添加物などとの関わりについて紹介します。

　2005年の外来生物法の施行によって、ヌートリアは特定外来生物に指定され、悪い生物の代表として喧伝されているが、ヌートリアが日本に定着したのは二度にわたる国策増殖の失敗が原因である。また、生物学的に眺めると、きわめてユニークな特徴をたくさん持ち、意外ときれい好きな生きものであることも分かってきた。ヌートリアの過去・現在・未来についてわかりやすく講義したい。

　マウスはなぜ研究に使われているのでしょうか？もちろん理由があります。マウスはヒトと同じ哺乳類で、研究に便利な近交系やヒトの病気のモデル、最先端の遺伝子技術を使って作られたトランスジェニックやノックアウトマウスなど多くの種類があります。マウスはヒトの病気を治すための研究や遺伝子の働きを調べるために欠かせません。マウスがどんな動物なのか、どんな歴史を経てヒトに役立ってきたのか、わかりやすく解説します。