WEBVTT

00:00:03.170 --> 00:00:13.230
こんにちは、かねまるです。 プラントライフは、化学プラントの技術者が、化学を軸に、皆さんの視野を広げていく番組です。

00:00:15.090 --> 00:00:28.690
今回はですね、いつもとちょっと違う感じで始めたいんですけど、 2000年にノーベル化学賞を受賞された白川英樹さんが、8月24日に亡くなられました。

00:00:30.490 --> 00:00:47.820
90歳だったそうです。 今回は追悼の意味も込めまして、白川さんがどんなことをされたのか、なぜノーベル化学賞を受賞したのか、そういったところについて話をしていきます。

00:00:54.220 --> 00:01:01.100
まず前提の話です。 プラスチックというのは基本的に電気を通しません。

00:01:02.900 --> 00:01:13.820
比較的身近なもので言うと、電線がありますかね。 真ん中は電気が通る銅線、金属の銅の部分です。

00:01:15.560 --> 00:01:24.880
それだと感電しちゃうので、銅線の周りにビニールを覆っています。 ポリ塩化ビニール、ビニールです。

00:01:26.720 --> 00:01:34.180
これはプラスチックが電気を通さないので、絶縁材料、被覆材料として使えるってことです。

00:01:36.380 --> 00:01:50.760
だから電気周りっていうのは結構プラスチックが使われてまして、例えば電気を遮断するブレーカーっていうのは、周囲の容器の部分はプラスチックでできています。

00:01:53.010 --> 00:02:00.130
だからこそ電気を通すプラスチックっていうのがあまりイメージないわけです。

00:02:00.870 --> 00:02:14.190
とは言いつつも、これから紹介していく白川さんの功績から始まり、現在は私たちのスマホの中には電気を通すプラスチックが普通に入っています。

00:02:15.890 --> 00:02:27.070
この実用化の話は後半に回すとして、まずは初の電気を通すプラスチックを見つけるところから始めていきます。

00:02:30.270 --> 00:02:37.870
ノーベル化学賞の受賞の理由というのは、導電性高分子の発見と開発です。

00:02:39.470 --> 00:02:42.790
導電性っていうのは電気を通す。

00:02:44.090 --> 00:02:47.350
鉱分子はプラスチックという意味です。

00:02:48.950 --> 00:02:54.530
それを発見して開発したというところが受賞の理由です。

00:02:56.470 --> 00:03:05.850
よく言われがちなのは白川英樹さんが導電性プラスチックを発見したという話をされるんですけど、

00:03:06.570 --> 00:03:14.670
そこはちょっと惜しくて、ディスカバリー&ディベロップメント、発見と開発ということで、

00:03:16.170 --> 00:03:30.910
ただ見つけたというよりは、今回すごいところは、導電性高分子の均一な薄膜を作れるようにして色々な測定ができるようになったこと。

00:03:32.290 --> 00:03:37.610
つまり色々な性能評価が定量的にできるようになったことです。

00:03:39.470 --> 00:03:49.910
そしてその評価を用いて、さらに電気を通すにはどうしたらいいかっていうところまで見つけ出したのが受賞の理由です。

00:03:51.790 --> 00:03:56.850
今回主役になるのがポリアセチレンという分子です。

00:03:56.850 --> 00:04:01.830
ポリっていうのはたくさんっていう意味でして、

00:04:02.750 --> 00:04:09.630
アセチレンという分子がたくさんつながってできたすごく長い分子という意味合いです。

00:04:11.230 --> 00:04:20.630
そもそもプラスチックっていうのは、ちっちゃい分子が長くつながってできたポリマーと呼ばれるものなんです。

00:04:22.270 --> 00:04:28.210
容器とか袋とか、そういう汎用的なプラスチックについても、

00:04:29.090 --> 00:04:34.050
例えばエチレンがたくさんつながってポリエチレンになっていたり、

00:04:34.970 --> 00:04:42.530
プロピレンという小さい分子が長くつながってポリプロピレンという分子になって使われています。

00:04:44.110 --> 00:04:49.070
このポリってついたらプラスチックだなって思っても差し支えありません。

00:04:51.100 --> 00:04:58.180
多分例外はないとは思うんですけど、基本的にはポリがついたらプラスチックです。

00:05:00.270 --> 00:05:07.170
では今回主役ポリアセチレンの元になるアセチレンというものについて考えてみます。

00:05:09.130 --> 00:05:15.210
アセチレンっていうのは業界によっては有名な物質でして、ガス状のものです。

00:05:16.770 --> 00:05:20.710
よく使われるのがアセチレンバーナー。

00:05:22.270 --> 00:05:29.570
アセチレンと酸素を混ぜてものすごく強くて高い温度の火を作ることができます。

00:05:31.350 --> 00:05:35.010
これを何に使うかっていうとガス溶弾。

00:05:36.830 --> 00:05:43.070
私も工場という仕事柄よくアセチレンバーナーを使っているシーンを見るんですけど、

00:05:43.830 --> 00:05:49.010
ものすごく強い温度で鉄骨を溶かして切るんです。

00:05:51.330 --> 00:05:55.750
だから切断ではなくて溶弾なんです。

00:05:57.470 --> 00:06:04.890
このアセチレン自体はガス状ということもあって分子としては非常に小さいものです。

00:06:06.630 --> 00:06:16.050
このアセチレンガスと反応を促進する触媒というものを合わせてプラスチックを合成していきます。

00:06:18.110 --> 00:06:26.050
プラスチックを合成するときイメージは分子同士がどんどん手をつないで伸びていく感じです。

00:06:27.810 --> 00:06:32.470
袋なんかに使われるポリエチレンからまず考えてみますと、

00:06:33.310 --> 00:06:37.870
炭素と炭素が2本の手でつないでいるようなイメージですね。

00:06:39.830 --> 00:06:45.730
そのつないだ2本の手のうち1つを離して外側に向けます。

00:06:47.670 --> 00:06:54.330
つないだ手が1本ずつ外側に向いているので他の分子とも手をつなげるようになります。

00:06:56.110 --> 00:06:59.990
そうやって長く手をつないで伸ばすことができます。

00:07:01.670 --> 00:07:06.710
プラスチックの合成を分子レベルで見たらこんなイメージなんですよね。

00:07:08.130 --> 00:07:17.090
自分たちだけでつないでる手をどこかを切り離して、外の人と手をつないで伸びていく、そんな感じです。

00:07:18.990 --> 00:07:25.250
アセチレンも似たような形で、エチレンと違って今度は手が3本です。

00:07:27.150 --> 00:07:36.710
ちょっと人ではイメージしにくくて、ポケモンの怪力を例に出すにもちょっと足りないような微妙な感じです。

00:07:38.830 --> 00:07:48.330
でもやることは一緒で、アセチレンという分子1人で手が3本つながっているところのうち1つを切り離します。

00:07:50.360 --> 00:07:54.380
隣のアセチレン同士でそれで手をつないでいく感じです。

00:07:56.340 --> 00:08:09.220
だから合成してプラスチックとなったポリアセチレンの分子構造で見ると、手が1本2本、1本2本って交互に繰り返しながら伸びていく感じです。

00:08:10.940 --> 00:08:19.680
この1本2本って繰り返すのが結構大事でして、専門的には共役という構造になります。

00:08:21.420 --> 00:08:27.040
1本だけでつないでいる手を離すと、もちろん切れてしまいますね。

00:08:29.630 --> 00:08:37.750
でも2本つないでいるところの1本を切り離したとしても、長い分子構造っていうのはそのまんまですよね。

00:08:39.170 --> 00:08:42.290
だから手のつなぎ方に自由度があるんです。

00:08:43.810 --> 00:08:55.630
今2本つないでいるところを切り離して1本にして、1本のところを2本にしよって、そんな感じで自由度を上げて変えることができます。

00:08:57.230 --> 00:09:04.510
これまで話していた手の動きっていうのは、実際には電子の動きです。

00:09:06.190 --> 00:09:17.290
共役という手が1本2本、1本2本って繰り返しているものっていうのは、電子がいろんなところに動きやすい構造になっています。

00:09:19.070 --> 00:09:28.450
この共役を持つっていうのがポリアセチレンの特徴でして、多くのプラスチックっていうのはこの共役構造を持っていません。

00:09:28.450 --> 00:09:41.070
少し話がずれますが、電気も電子の話です。電子の移動で電気が流れています。

00:09:43.090 --> 00:09:58.190
電気が流れるのは電子が自由に動いているから、それに対して今回主役のポリアセチレンは電子が動きやすい共役という構造を持っています。

00:09:59.910 --> 00:10:02.690
なんか電気流れそうじゃないですか。

00:10:05.200 --> 00:10:11.500
ということでポリアセチレンの合成っていうのは当時も行われていたんですけど、

00:10:12.920 --> 00:10:20.740
ただ、その時に合成されるものって作るとなんか黒い粉になるものでして、

00:10:21.320 --> 00:10:34.460
溶けないし、形を作ることもできないし、実用性が低いのはもちろんのこと、作ったものの材料としての評価が難しかったんです。

00:10:36.440 --> 00:10:42.760
そんな中、白川さんが偶然薄膜として合成する手法を見つけました。

00:10:44.480 --> 00:10:53.160
当時の合成方法というのはフラスコの中に触媒という反応を促進するような液を入れていました。

00:10:55.170 --> 00:10:59.670
そこに原料となるアセチレンのガスを吹き込みます。

00:11:01.370 --> 00:11:07.130
韓国から来られた方にポリアセチレンの合成をやってみてもらったところ、

00:11:08.230 --> 00:11:18.370
圧力が下がらないとか、フラスコの中を混ぜるための角半紙と呼ばれる棒みたいなものが回らないっていう報告を受けていました。

00:11:20.460 --> 00:11:29.680
特に難しくない実験らしくて、失敗したからとりあえずもう一回やってみてって言ったらよかったんですけど、

00:11:30.600 --> 00:11:35.680
白川さんは一応反応装置を調べてみたそうです。

00:11:37.100 --> 00:11:45.880
報告の通り、圧力の変化がなくて、混ぜる装置、角半紙も止まっていたという状況でした。

00:11:47.940 --> 00:11:56.740
そのフラスコの中をよく見ると、黒くはなっているものの、様子が少し違ったようです。

00:11:58.440 --> 00:12:10.180
触媒が入った液の表面っていうのは、ただ液体がいるなっていう感じではなくて、なんだか黒い膜が張り詰めているような感じだったそうで、

00:12:11.260 --> 00:12:15.560
その膜が回転子に引っかかって回らなかったそうです。

00:12:17.040 --> 00:12:26.780
当時の様子がはっきりわからなかったんですけど、おそらく牛乳の表面のところに膜張るイメージなのかなって思っています。

00:12:28.520 --> 00:12:37.820
その膜自体がポリアセチレンでして、ただの黒い粉じゃなくて薄膜ができちゃったんです。

00:12:39.840 --> 00:12:42.380
まさに偶然の産物でした。

00:12:44.080 --> 00:12:57.500
当時失敗しましたって話に対して、現物を見ずにもう一回仕込み直してみようかってことで作り直したら、もしかしたらこの功績はなかったかもしれません。

00:12:59.490 --> 00:13:03.110
こうして偶然できたポリアセチレンの白膜。

00:13:04.690 --> 00:13:08.110
なぜできたかという有名な話があります。

00:13:10.020 --> 00:13:17.240
それは、触媒を1000倍入れ間違えたら白膜ができたという逸話です。

00:13:18.820 --> 00:13:32.400
わかる方だけに詳細にお伝えすると、必要な触媒の量がミリモルというオーダーだったのに対し、その1000倍のモルの量で入れられていたそうです。

00:13:34.550 --> 00:13:45.710
だから単位を取り違えて1000倍の量の触媒を入れてしまったっていう話が、ノーベル化学賞の話をするときによく言われるんですけど。

00:13:46.970 --> 00:13:54.230
この話、白川さんの寄稿した文章を見ると、真偽は定かではないそうです。

00:13:55.650 --> 00:14:10.290
そもそもですね、触媒の液体を入れるフラスコの容器が数百ミリリットル程度だったらしくて、1000倍の量っていうのは入らないみたいなんですよね。

00:14:12.010 --> 00:14:20.510
白川さん自身は、この1000倍取り違えたっていうところの真偽は定かではないと話されているんですけど、

00:14:21.670 --> 00:14:33.590
最終的に触媒の濃度を1000倍濃くして白膜合成をするのが最適の濃度であったっていうところは最終的に突き止められています。

00:14:35.210 --> 00:14:44.610
1000倍に取り違えた量が最適な濃度だったので、なんだかそれっぽい偽に聞こえてくるっていうことなんでしょうね。

00:14:46.430 --> 00:14:53.430
私も大学では科学を学んでいましたので、この偽っていうのは聞いたことがあるんですけど、

00:14:55.070 --> 00:15:02.030
今回話すにあたって色々白川さんのことを調べてて、たまたま寄稿された文章を見つけまして、

00:15:02.030 --> 00:15:08.330
え、これ違うんだって、ついさっき衝撃を受けたとこです。

00:15:10.500 --> 00:15:17.560
でも言われてみたら1000倍の量って現実世界で見ると全然違いますね。

00:15:19.480 --> 00:15:23.120
調味料で塩コショウとか考えてみましょうか。

00:15:24.700 --> 00:15:32.200
1gの塩コショウではなくて1kgの塩コショウ入れちゃったみたいな話だと思うんですけど、

00:15:33.060 --> 00:15:40.460
さすがに気づきますし、なんなら入りきらないみたいなことも当然ありますね。

00:15:43.520 --> 00:15:47.460
触媒の濃度を1000倍にして合成するっていうのは、

00:15:48.480 --> 00:15:55.540
アセチレンのガスが触媒の液に触れた瞬間にその場でどんどん反応してしまうっていうことです。

00:15:57.180 --> 00:16:05.700
液の中に溶け込んで粉になるような暇もなくて、液の表面に膜として溜まっていくっていうことなんですけど、

00:16:07.820 --> 00:16:15.200
だからこそ湯葉みたいな感じで表面の膜がフィルムとして剥がせる形になったんです。

00:16:17.160 --> 00:16:22.380
この薄膜状にすることで様々な分析ができるようになりました。

00:16:24.100 --> 00:16:28.220
ポリアセチレンの電子の状態がどうなっているか、

00:16:29.760 --> 00:16:33.880
分子構造が細かく見ていくとどうなっているのか、

00:16:36.060 --> 00:16:41.020
そしてこのプラスチックになるまでポリアセチレンというものが

00:16:42.040 --> 00:16:50.740
単体のアセチレンからどのような経路をたどって合成されていくのかっていう機構の解明も行われました。

00:16:52.440 --> 00:16:59.400
電気がどれくらい流れやすいかということを示す電気伝導度ももちろん測っています。

00:17:01.400 --> 00:17:10.820
こうして薄膜を作って基礎的な研究を進めたことが、まず一つ目、ノーベル化学賞受賞の理由です。

00:17:12.760 --> 00:17:19.820
そこから原理がわかると性能を向上させる取り組みができるようになってきます。

00:17:21.520 --> 00:17:28.240
ポリアセチレンの性能を向上させるにはドーピングという手法が有効でした。

00:17:30.480 --> 00:17:39.380
臭素ですとかヨウ素という元素を加えることで性能が段違いに上がったんです。

00:17:41.390 --> 00:17:51.610
最初に臭素を入れたときは4桁か5桁ぐらい上がったということで圧倒的な性能向上につながっていたんです。

00:17:53.330 --> 00:17:57.010
これがケミカルドーピングというものです。

00:17:58.850 --> 00:18:04.310
ドーピングに使った元素を見ていきますと、臭素とかヨウ素です。

00:18:06.230 --> 00:18:17.430
これらはハロゲンと呼ばれる分類に入りまして、周期表でいうと右から2番目の縦のところ、17族に該当します。

00:18:19.170 --> 00:18:28.890
このハロゲン自体が電子受容体というものでして、平たく言うと電子を求めるような幻想ですね。

00:18:31.100 --> 00:18:40.680
今回主役になっているポリアセチレンというのは、手が1本2本と交互につながった共役した分子でした。

00:18:42.260 --> 00:18:54.220
手が1本2本って比較的繋ぎ替えやすいとは言っても、金属みたいに自由に電子が動き回れるというわけではなかったんです。

00:18:56.160 --> 00:19:06.680
そこでドーピングに使われたハロゲン、臭素やヨウ素がポリアセチレンの電子を一部奪っていきます。

00:19:08.380 --> 00:19:30.620
そうすることで電子がない部分があるので、別のところから電子が移動してきて入り込んで、移動した元のところはまた電子がなくなって、隣から入り込んでという形で玉付きみたいな感じで電子の流れができてきます。

00:19:32.360 --> 00:19:37.480
これによって電気が流れるプラスチックが生まれたわけです。

00:19:40.630 --> 00:19:47.930
最後にこの導電性のプラスチックっていうのがどういう場面で使われているかというのを紹介します。

00:19:49.910 --> 00:19:57.770
今まで電気が流れなかったものが流れるようになる、ということで電気関係の材料ですね。

00:19:57.770 --> 00:20:07.170
よく聞くのはタッチパネルのディスプレイ、その他にもセンサー用の電極です。

00:20:08.730 --> 00:20:16.210
今までは金属材料に頼りがちだったところからプラスチックが採用できるようになってきました。

00:20:17.620 --> 00:20:30.700
ただしこれまで紹介してきたポリアセチレンっていうのは電気を流せるには流せるんですけど、実用的ではなかったみたいです。

00:20:32.840 --> 00:20:41.640
代わりに材料として性能のあるポリチオフェンとかポリピロールなどが使われています。

00:20:43.120 --> 00:20:51.940
結局電気は通せるんだけど材料として使うには難しいところがありました。

00:20:53.380 --> 00:21:06.380
とはいってもこれまで紹介してきた基礎研究が元になって実用性のある電気を通すプラスチック材料が開発されたっていう流れになります。

00:21:07.840 --> 00:21:09.360
基礎研究大事ですね。

00:21:11.060 --> 00:21:19.200
電気を通すプラスチック用途のちょっと面白いもので言うと耐電防止があります。

00:21:21.300 --> 00:21:37.280
そもそも静電気が起きる理由、耐電が起きる理由っていうのは電気を通しづらい材料のところに電子が溜まって、それが手を近づけたりしてパチッと放電することで発生します。

00:21:38.880 --> 00:21:47.920
プラスチックが電気を通しにくい材料であるからこそ耐電しやすくて静電気の元になってしまいます。

00:21:49.440 --> 00:21:59.020
それに対して電気を通す導電性のプラスチックというのは電気が流れますので耐電しにくいです。

00:22:00.560 --> 00:22:13.440
プラスチックに電気電動性という機能が追加されたことで、金属に頼りがちだったところからプラスチックを使うという選択肢が生まれました。

00:22:19.750 --> 00:22:30.710
今回は白川英樹さんの追悼の意も込めまして電気を通すプラスチック、導電性高分子について紹介してきました。

00:22:32.470 --> 00:22:40.870
私の周りでは1000倍入れすぎちゃった人っていうことで少し面白い逸話として残っていたんですけど、

00:22:42.070 --> 00:22:56.130
よくよく調べてみると失敗した場面をしっかり見て、なぜこうなったかをちゃんと考えて、理論を組み立ててそこから検証していく。

00:22:58.010 --> 00:23:08.770
という基本的かつ大事なことを一つずつこなしていくという素晴らしい先生だったと改めて知りました。

00:23:10.390 --> 00:23:14.910
変なものが出てきたら捨てる前に一回よく見てみる。

00:23:16.410 --> 00:23:23.910
そう思わせていただきました。白川英樹さんのご冥福を心よりお祈りいたします。

00:23:25.270 --> 00:23:31.170
今回はここまでです。お聞きいただきありがとうございました。かねまるでした。