砂からシリコンを作る

工業経済では、いつかは必須の天然資源の 1 つである石油が枯渇するかもしれないが、少なくともハイテク経済では、あらゆるコンピューター プロセッサの主要成分であるシリコンの供給は確保されている。シリコンの酸化物はシリカまたは石英として知られ、ありふれたものである。実際、シリコンは土である。砂、粘土、岩石のほとんどすべてに何らかの形でシリカが含まれており、全体として地球の地殻の半分以上はシリカでできている。

• 部門:灰白質
• 元素:シリコン
• プロジェクト：浄化
• 時間: 4時間
• 料金: 40ドル
• 難易度:初心者 | | | | | マスター(編集者注: 4/5)

工業的には、シリカはコークス（飲み物ではなく石炭）と一緒に炉で加熱することで純粋なシリコンに変換されます。しかし、イギリスの科学教師、ジェイソン・ステイナーから私が学んだ、費用対効果は低いものの、もっと簡単な方法があります。一般的なシリカ砂とマグネシウム粉末の混合物を試験管で加熱するだけです。マグネシウムはシリカから酸素原子を奪い、元素シリコンを残します。

完璧な反応などありません。この場合、試験管の底にはマグネシウム、酸化マグネシウム、ケイ化マグネシウム、シリコンの混合物が残ります。幸いなことに、それを精製する最良の方法は、最も面白い方法でもあります。私は、8 歳のハリー ポッター ファンの息子に、火の薬を用意したと話しました。

アクトン！セオドア・グレイは実験室の安全手順について訓練を受けた科学者です。この実験を自宅で行わないでください。グレイの科学的研究の詳細については、彼の Web サイトをご覧ください。

まず、金物店で塩酸 (37% HCl) として売られているものを 1 カップ、水 5 カップに注ぎます (その逆ではありません。昔の化学者の格言「水に酸を加えるのは当然のことです」は、酸を水に注ぐのではなく、水を酸に注ぐと発生する可能性のある水蒸気爆発から身を守るためのものです)。次に、試験管の内容物を注ぎ入れると、泡立つ炎の塊と美しいキノコ雲の煙ができます。これは、失敗のない最高の火薬の 1 つです (私は浮遊薬も作れますが、私たちはマグル ゾーンに住んでいるので、非常に小さな物体しか浮遊させてはいけないと娘に説明しなければなりませんでした)。

化学的に言えば、粉末が酸に触れるといくつかのことが起こります。残ったマグネシウム粉末は酸と反応して水素ガスを生成します。マグネシウムシリサイドは酸と反応してシランガスを生成します。シランガスは空気に触れると自然発火し、小さな音を立てて近くの水素ガスの渦に引火します。

空気中にマグネシウムの粉末がまだ浮遊している場合は、それにも火がつき、明るい閃光と白い煙が立ち上ります。3 種類の火が 1 つにまとまって、ボウルの底に落ちた粉末は精製された元素シリコンです。呪文はファンタジーですが、ポーションは現実のものであり、これは素晴らしいものです。

このストーリーは更新されました。元々は2005 年 10 月号のPopular Science誌に掲載されました。