バーチャルラボ
実験 93 件3Dで化学実験を行おう。条件を変えて、何が起こるかを観察し、その背後にある数値を読み取ります。
一般化学 (7)
化学反応を量る：質量保存の法則天秤の上のフラスコで石灰石を酸と反応させ、次に開いたフラスコで繰り返し、その差を説明する。固体・液体・気体：粒子の視点粒子の箱を冷やしピストンを押して、気体を液体・固体のような密な詰まり方に変える。所定濃度の溶液の調製硫酸銅(II)を量り取り、水に溶かして、溶質の量が濃度をどう決めるかを見る。電子殻と電子配置：H から Ar まで原子番号を1から18まで進め、電子が殻を一層ずつ埋める様子を見る。周期表の傾向を読む原子半径・イオン化エネルギー・電気陰性度で周期表に色を付け、周期的な規則を探す。化学量論：限界試薬と収率$\ce{H2}$ と $\ce{O2}$ の出発量を変え、どちらが生成する水の量を制限するかを見る。VSEPR で分子の形を予測する5 つの基本 AXₙ 構造をたどり、電子対の反発が結合角を決める様子を見る。
無機化学 (10)
金属の活性系列：亜鉛と銅青色の硫酸銅溶液に亜鉛板を浸し、青さが薄れる中で赤い銅が析出するのを観察する。水の電気分解による水素の発生水に少量の水酸化ナトリウムを加えて電流を流すと、酸素の2倍の水素が集まる。なぜ鉄はさびるのか：釘の上の腐食セル湿った空気中で裸の鉄・亜鉛めっき鉄・塗装鉄を比較し、さびの電気化学を見る。塩化銅(II)溶液の電気分解$\ce{CuCl2}$ 溶液に電流を流すと、陰極に銅が析出し陽極から塩素が泡立つ。炎色反応：金属イオンの色塩をブンゼンバーナーの炎に入れ、炎の色から金属を見分ける。なぜ銅(II)錯体は色を変えるのか$\ce{[Cu(H2O)6]^{2+}}$、$\ce{[Cu(NH3)4]^{2+}}$、$\ce{[CuCl4]^{2-}}$ を切り替え、それぞれの色を配位子場分裂 $\Delta$ に結びつける。結晶をつくる：単位格子と充填6つの結晶構造を回して、単位格子あたりの原子数を数え、充填の密度を比べる。結晶構造エクスプローラー：金属と塩SC・BCC・FCC・NaCl・CsCl・ダイヤモンド型の単位格子を回し、原子数を数え、実際の物質の充填を比べる。沈殿と溶解度積硝酸鉛(II)水溶液とヨウ化カリウム水溶液を混ぜ、黄色のヨウ化鉛(II)を観察し、沈殿と Q・Ksp の大小を結びつける。結晶成長：格子の積み重ねと空孔CsCl 型の単位格子を1つずつ積み上げ、次にイオンをランダムに抜いて、空孔が完全な周期性をどう崩すかを見る。
有機化学 (9)
炭化水素の燃焼：化学変化のしるしメタン・エチレン・アセチレン・ベンゼンを順に燃やし、炎と生成物を比べる。エステル化：酢酸エチルの生成酸触媒平衡反応で、酢酸とエタノールから酢酸エチルと水が生成する原子レベルの変化を追う。回せる異性体：同じ式、違う分子一つの回転シーンで3組の異性体を観察——$\ce{C4H10}$ の鎖異性体、cis/trans $\ce{C4H8}$、$\ce{CHBrClF}$ のエナンチオマー。還流によるエステルの合成カルボン酸とアルコールを垂直な冷却器の下で加熱する。蒸気は凝縮してフラスコに戻るため、揮発性の試薬を長時間沸騰させても失われない。鹸化：油脂からせっけんへ油脂を水酸化ナトリウムで加熱し、トリグリセリドがグリセロールと脂肪酸塩（せっけん）に分解するのを観察する。飽和食塩水がせっけんを混合物から押し出す。分子の立体構造：電子対が決める直線形 $\ce{CO2}$ から正八面体 $\ce{SF6}$ まで、すべての AXₙEₘ 骨格で孤立対を切り替え、結合角が狭まるのを見る。混成軌道と電子の非局在化sp・sp²・sp³ のローブを 3D で描き、各混成を構造・共鳴・立体異性での CIP の意味に結びつける。SN1 対 SN2：タイミングがすべて協奏 SN2 経路と二段階 SN1 経路をたどり、各ハロゲン化アルキルがどちらを好むか予測する。Diels–Alder：一つの環の6電子ブタジエンとエチレンの協奏 [4+2] 環化付加をたどり、エンド則を調べ、逆反応も見る。
分析化学 (10)
pH 滴定と緩衝領域酢酸を NaOH で滴定し、$\ce{CH3COOH/CH3COO^-}$ 対が pH を緩衝する領域で曲線が平らになるのを観察する。半当量点では pH = pKa。葉の色素のクロマトグラフィー緑葉色素を色帯に分離し、それぞれの移動距離を溶媒先端と比べる。定性分析：金属カチオンの炎色塩化物塩を炎に噴霧すると、各カチオンが固有の色を発し、Li⁺、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Cu²⁺ の色の一覧が定性試験になる。鉄(II)の過マンガン酸塩滴定酸性化した Fe²⁺ 溶液を KMnO₄ で滴定する。紫色の酸化剤自体が指示薬となり、滴定曲線は当量点で急激に立ち上がる。指示薬を用いた酸塩基滴定ビュレットから NaOH を酸に滴下し、当量点で指示薬の色が変わる様子を観察する。シリカカラムクロマトグラフィーシリカカラムを充填し、フェロセン、アセチルフェロセンと極性不純物の混合物を溶離する。各化合物のシリカと移動相への分配が異なるためバンドが分かれる。BaSO₄ としての硫酸イオンの重量分析硫酸イオンを塩化バリウムで定量的に沈殿させ、ろ過・灼熱・秤量する。純粋で化学量論的な固体 BaSO₄ の質量から、試料中の硫酸量が分かる。質量スペクトルの同位素パターンを読む塩素・臭素化合物の M/M+2 シグナルを比較し、分子がどのハロゲンをいくつ含むかを推論する。赤外スペクトルから未知試料を同定するよくある溶媒5種のラベルなしスペクトル。診断的な吸収帯を見つけ、官能基を推定して化合物名を答える。ランベルト・ベールの法則：UV-Vis 吸光度の検量線KMnO₄ 溶液の吸光度が濃度と光路長に比例して増えることを測り、検量線から未知濃度を直接読み取る。
物理化学 (12)
チンダル現象：溶液かコロイドか細い光線を水とコロイドゾルに当てる。光の筋が見えるのはコロイドだけ。粒径 1 nm〜1 μm を調べる古典的試験。酢酸緩衝液を作る酢酸に酢酸ナトリウムを混ぜ、Henderson–Hasselbalch 式の予測どおり pH が pKa = 4.76 付近に収まるのを見る。コーヒーカップ熱量計で熱を測る熱した金属ブロックを断熱カップ内の水に入れ、q = mcΔT から金属の比熱を求める。電池：ダニエル電池からネルンストの式へ亜鉛–銅電池を組み、電子の流れを見て、電圧が金属と濃度にどう依存するかを調べる。濃度による平衡移動：チオシアン酸鉄(III)錯体血赤色の錯体 $\ce{Fe^{3+} + SCN^- <=> [FeSCN]^{2+}}$ を平衡自身の可視センサーとして使う。試薬の追加・除去ごとに色が一方へ動く。ピストン中の気体：圧力・体積・温度動き回る粒子でできた気体を圧縮・加熱し、PV = nRT が成り立つ理由を見る。ルシャトリエの原理：化学平衡の移動温度・圧力・濃度・触媒が N₂O₄ ⇌ 2NO₂ の平衡に及ぼす影響を調べる。水の相図三次元の p–T–V 面を回転し p–T 面へ射影する。固体・液体・蒸気の領域は三重点で出会い、液–蒸気線は臨界点で終わる。ホフマン電解装置での水の電気分解水を水素と酸素に分解し、ファラデーの法則と体積比 2 : 1 を確かめる。活性化エネルギーとアレニウスの法則衝突モデルで温度・活性化エネルギー・触媒・濃度を変え、速度の温度に対する指数関数的な敏感性を引き出す。反応速度と衝突理論衝突する粒子が十分なエネルギーをもつときだけ A + B → 2C が起こる様子を見る。温度・Ea・触媒を変えてみる。吸着サイトとラングミュア等温式固体表面上の周期的なポテンシャル井戸（吸着サイト）を調べ、その有限な数をラングミュア等温式の飽和形に結び付ける。
理論・計算化学 (6)
s 軌道と p 軌道の混成：sp・sp²・sp³ 混成軌道混成タイプを変えて、1つの s 軌道と p 軌道が直線・三角形・四面体方向を向く等価なローブに組み替わる様子を見る。分子動力学的な箱としての理想気体個々の粒子に働くニュートンの法則を観察し、ピストンへの衝突から圧力が生まれる様子を見る。H₂ の結合性・反結合性軌道最も単純な分子の分子軌道を2つの1s原子軌道から組み立て、結合を伸縮させて結合の利得が消える様子を見る。量子数が軌道の形に与える影響を見る水素型軌道の量子数 n, l, m を変えて、電子雲の形・ローブ・節面の変化を観察する。データの地形としての周期表原子半径・電気陰性度・イオン化エネルギーなどの周期特性を3D地形として描き、機械学習モデルが学ぶべき周期的傾向を見極める練習をする。ポテンシャルエネルギー曲面：極小・鞍点・反応経路鞍点でつながる2つの谷をもつ計算風の面を探索し、最小エネルギー経路をたどって遷移状態理論の活性化エネルギーと結びつける。
生化学・生物医化学 (9)
DNA二重らせんを組み立てる理想化したDNAのはしごを回転させ、糖–リン酸骨格、A–T・G–C の横段を見極め、2本の鎖が逆方向に走る理由を考える。グルコースのアルコール発酵酵母が糖溶液をエタノールに変え、二酸化炭素の泡が発酵槽から抜けていくのを観察する。生きた無酸素の化学工場である。ヨウ素反応：デンプン・グリコーゲンと酵素消化ヨウ素で多糖と単糖を見分け、青黒色がアミラーゼ消化を追跡する様子を見る。DNA ゲルで CRISPR–Cas9 の切断を検証未切断プラスミドと Cas9 消化 DNA をアガロースゲルで泳動する：切断により 1 バンドが 2 バンドになる。酵素触媒：ミハエリス・メンテン曲線酵素反応の初速度 v を基質濃度に対してプロットし、なぜ曲線が Vmax で飽和するかを見る。ミハエリス・メンテン測定：阻害様式の判定8種の基質濃度で仮想の速度測定を行い、Km と Vmax の応答から未知の阻害剤を分類する——酵素速度論の核心スキル。ペーパー電気泳動：電荷によるタンパク質分離緩衝液を含んだストリップに3種のモデルタンパク質をスポットし、電場をかける。pH を変えると分離のしかたや移動方向が変わる。タンパク質の折りたたみ：疎水性崩壊モデルポリペプチドに長距離接触を加えて開いたコイルからコンパクトな折りたたみ構造へ導き、その描像をアンフィンセンの原理と現代の構造予測に結びつける。タンパク質ポケットへのリガンドドッキングξ スライダーで小分子をモデル結合ポケットに導き、結合にどの接触が揃う必要があるか観察する——構造に基づく創薬の幾何学的核心。
材料化学 (5)
リチウムイオン電池の内部：Li⁺ シャトル放電中に Li⁺ が負極・電解質・正極をたどる経路を追い、レートを変え、シャトル描像を容量劣化や急速充電の限界に結びつける。金ゾルが赤い理由：プラズモン帯5 nm から凝集した100 nm までの金ナノ粒子の UV–Vis 吸収曲線を比較し、λmax を粒径と結びつける——比色ナノアッセイの基礎。グラフェン：厚さ1原子、幅1結合広がった sp² 炭素のハニカムを回転させ、六員環をたどり、平面 π シートをグラフェンの比類なき導電性と強度に結びつける。X線回折：結晶面間隔の測定粉末パターンは結晶面間隔の指紋である。波長や面間隔 d を変えてブラッグピークを動かし、回折図から 2θ を読み取る。ペロブスカイト太陽電池膜の表面トラップモデルペロブスカイト結晶子を層ごとに探る。再結合トラップとなる配位不足の表面サイトを数え、パッシベーションが効率を上げる理由を理解する。
高分子化学 (5)
ハイドロゲルが水を吸う様子を見るゲル境界内に荷電基を閉じ込め、水分子が流れ込むのを見る。高吸水性材料を動かす分子エンジン。ナイロン・ロープ・トリック混じり合わない2液の界面でナイロン-6,6 が織り込まれる。引き出されるにつれてアミド単位ずつ鎖が伸びる様子を見る。高吸水性ポリマー：ゲルはどう水を吸うか荷電した –COO⁻ 基をもつポリアクリル酸鎖を見て、架橋を加え、膨潤に最適点がある理由を考える。鎖構造：熱可塑性から熱硬化性まで模式ポリマー鎖の架橋密度を変え、トポロジーとゴム弾性・熱可塑性・硬質網目を結びつける。PVA の架橋：流動する鎖からゲルへ柔軟な PVA 様の鎖に架橋を加え、自由に流動する高分子から弾性ネットワークへの遷移を思い描く。
核化学・放射化学 (6)
ラザフォード散乱：α 粒子で原子を探る平行な α ビームを金箔に当てて軌道をたどる：ほぼすべてが透過し、少数が偏向し、まれに真っ直ぐ跳ね返る。半減期を測って試料の年代を決める4つの実在核種の崩壊を1枚のグラフで追い、曲線から半減期を読み取り、ミイラ・ワインセラー・放射性降下物の年代測定に適した同位体を選ぶ。放射性崩壊：半減期を読み取る4種の医用同位体について残存率 N/N₀ をたどり、半減期ごとに半分になることを確かめる。臨界：核分裂連鎖は増大するか消えるか増倍率 k の3つの値について世代ごとの中性子数を追い、「臨界」の本当の意味を探る。PET イメージング：陽電子トレーサーのタイミング¹⁸F、¹¹C、⁶⁸Ga、¹⁵O の崩壊曲線を比べ、病院がサイクロトロンと放射化学室を併設する理由を知り、スキャンを輝かせる陽電子対消滅を追う。118番元素を1原子ずつ合成する超重イオンが施設全体——イオン源・加速器・標的・分離器・検出器——を通る様子を追い、新元素の発見に数週間の照射でわずか数個の原子しか得られない理由を見る。
環境・グリーン・エネルギー化学 (5)
酸性雨と湖の pH煙突から酸性化した湖まで $\ce{SO2}$ を追い、石灰岩がどう酸性を中和するかを見る。なぜ温室効果ガスは赤外線を遮るのか赤外スペクトルを走査し、$\ce{CO2}$・$\ce{H2O}$・$\ce{CH4}$・$\ce{O3}$ が地球の熱を閉じ込める吸収帯を見つける。この水の硬度は？EDTA滴定pH 10 に緩衝した水試料に EDTA を滴下する。Ca²⁺/Mg²⁺ が遊離している間はワインレッド、終点で青に変わる。アミン吸収ループによる炭素回収低温アミンが $\ce{CO2}$ を捕まえ高温アミンが放出する吸収–再生ループを、排ガスの流れに沿って追う。UVの盾としてのオゾン層大気上端と地表の太陽紫外線を比較し、オゾンの吸収断面積を読み取る。
工業化学・応用化学 (6)
原油精製：分留とクラッキング原油を沸点範囲で留分に分け、重質分子を有用な軽質燃料にクラッキングする。単蒸留：エタノールと水の分離着色したエタノール水溶液を加熱し、凝縮した蒸気を集める。蒸気が揮発性成分に富む理由と、単蒸留でエタノール–水の共沸を分離できない理由を学ぶ。接触法：硫酸の製造工業的な連鎖 S → SO₂ → SO₃ → オレウム → H₂SO₄ をたどり、各ユニットがなぜ必要かを理解する。工業的発酵：糖から製品へ仮想発酵ライン——殺菌・接種・発酵・分離——を運転し、微生物が化学品を作る様子を見る。ハーバー・ボッシュ法：空気からのアンモニア$\ce{N2}$ と $\ce{H2}$ を圧縮して鉄触媒上を通し、アンモニアを凝縮させ、未反応ガスを循環する。ソルベー法：食塩水からソーダ灰へアンモニアソーダ法の5段階をたどる：食塩水の精製、アンモニア化、炭酸化、NaHCO₃ のろ過、そして Na₂CO₃ への焼成——アンモニアは循環される。
新興の学際分野 (3)
バーチャル実験は直感をつかむための簡略化したモデルです。実際の実験や安全教育の代わりにはなりません。指導者なしに自宅で再現しないでください。