「マグデブルグの半球」という有名な実験があります。半球状の容器に火がついた物を入れ、蓋をすると、中の圧力が下がって蓋が取れなくなる。大気圧はかくも大きいのだという実験です。
　この実験で、「中の圧力が下がるのは内部の酸素が消費されたからだ」という説明がなされることがあります。酸素が消費される一方で、二酸化炭素が発生するのですから、この説はかなり怪しいのですが、真偽のほどはどうかと思って、下のような実験をしてみました。

マッチ棒を燃やして300ml丸底フラスコの中に入れ、圧力計がついたゴム栓で蓋をします。

1. 　栓をした瞬間に圧力計の針は＋0.07kgw/cm2まで振れ、火が消えると一気に-0.32kgw/cm2まで減少します。
2. その後しばらくおいておくとじわじわ減少し、-0.37kgw/cm2ぐらいで落ち着きます。
3. 　栓をするタイミングによって上の数値はばらつきます。上の数値は何度か繰り返し、もっとも頻度よく起こる代表値を記しました。
4. 　マッチ棒の代わりに脱脂綿にエタノールをしませて火をつけ、同じことをすると、+1.2kgw/cm2まで上昇した後に-0.42kgw/cm2まで下がります。

　　1kgw/cm2＝980hPa＝約１atmとして計算します。
　マッチ棒の実験ではフラスコ内の気圧が、(１−0.37)atm＝0.63atmになったことがわかります。エタノールの実験では0.58atmになっています。

　「酸素消費説」に従うと、

　　　マッチ棒（セルロース）
　　　　　Ｃ6Ｈ10Ｏ5　＋　６Ｏ2　→　６ＣＯ2　＋　５Ｈ2Ｏ
　　　エタノール
　　　　　Ｃ2Ｈ5ＯＨ　＋　３Ｏ2　→　２ＣＯ2　＋　３Ｈ2Ｏ

ですから、マッチ棒で１気圧、エタノールで0.93atmという計算になります。不完全燃焼を考慮すると更に悪くなります。ＣＯ2がＨ2Ｏにとけることを見込んでも、0.80atmを下回ることはありません。したがって上の結果を説明できません。

　一方、「熱膨張説」に従うと、室温を15℃（＝288K）として、

　　　　　最初の状態（栓をした直後）
　　　　　　圧力1atm ,　体積V,　温度T

　　　　　最後の状態（中が冷えて圧力が下がった状態)
　　　　　　圧力0.63atm,　体積V,　温度288K

　　　　　として、ボイルシャルルの法則より、

　　　　　　　1atm×V／T＝0.63atm×V／288K

　　　　　　　　　　∴T＝457K＝184℃

　フラスコ内の平均気温が、184℃であれば十分上の結果を説明できます。

　なお、マッチ棒よりエタノールのほうが圧力が下がることは、ＣＯ2排出量が少ないことが効いていると思います。あるいは、エタノールの炎の方が温度が高いかも知れません。

　　「熱膨張説」が主因で圧力が下がるのだといえます。他にも要因はあるでしょうが、少なくとも俗に言われるような「酸素が消費されたから」という説明はまずい。このことは理科教育の世界ではかなり前から指摘されていたにもかかわらず、なかなか一般には浸透していないようです。いまだに大手ＴＶ局の科学番組ですら間違った説明をしていることがあります。「説明しやすいから」「昔そう聞いたから」という理由で事実を歪曲する姿勢は非科学的とすらいえましょう。

　　フラスコの換気について 　一旦使ったフラスコで再度実験をする際、その内部を換気しなければなりません。とくに内部にエタノールの蒸気が充満している状態で次の火を差し込むことは大変危険です。　換気の際、ただ空気を吹き込むだけより、写真のように漏斗を使って、空気の入口と出口を作ってやるほうが効果があります。 　ご参考までに。

　この実験については、NIFTY-Serve教育実践フォーラムの天神さん、大阪市立工芸高校の山田先生はじめ、いろいろな方から助言をいただきました。ありがとうございました。