溶解の原則 ● （構造、性質が）似たものどうしは溶け合いやすい。 Likes like likes. A like likes a like. ● 極性物質どうし：水と塩類など ● 非極性物質どうし：有機溶媒と油類など ● 界面活性剤を使うと：性質が異なる油類も水に分散する。 1 表面エネルギー：表面が持つエネルギー ●内部の粒子：働く引力の和が０合力＝０ ●表面の粒子：外向きの引力がない →内部向きに力が働く高エネルギーエネルギーの高い表面の粒子の数を減らして安定化する ⇒ 表面張力、焼結現象の原因 2 表面張力とは ●表面張力：表面積を縮小して、表面エネルギ－を下げようとする力 ●比表面積（表面積/重さ）を小さくするには： ① 形を球形にする ② 粒を大きくする ●焼結現象：固体のままで（融点以下の温度で）比表面積の小さな大きな組織になる現象 ① 焼き物 ② 粉末冶金 3 焼結現象：固体のままで大きな組織になる融点以下の温度で加熱 ⇒ 焼結焼物原料粒子は表面積大 ⇒ 表面エネルギー大（不安定）焼物：組織大 ⇒ 表面積小 ⇒ 表面エネルギー小（安定）融点まで加熱 ⇒ 液体 ⇒ 円盤状 4 表面張力：粒子間の力の強さを反映（金属結合は強い）（水素結合はやや強い）（ファンデルワールス結合は弱い） 5 水の表面表面張力の方向１円玉重力１円玉水相重力重力 ● 水は表面張力が大 ⇒ 縁で上向きの力 ⇒ 重くても浮かぶ ⇒ アメンボウ、アヒルなどが水に浮かぶ ● 石けん水を加える ⇒ 表面張力小 6 界面活性剤：界面張力を激減させる表面張力の方向１円玉重力界面活性剤を加える小さい離れる沈む 7 石けんの構造と加水分解（親油性）（親水性）炭化水素基ｶﾙﾎﾞｷｼﾙ基の塩石けんの加水分解 ⇒ 水溶液がアルカリ性 RCOONa + H2O ⇆ RCOOH + Na+ + OH8 陰イオン（陽イオン）界面活性剤洗濯用合成洗剤高級アルコール系洗剤（台所用、シャンプー）陰イオン陽イオン合成洗剤：強酸と強塩基の塩 ⇒ 水溶液が中性 9 石けんと合成洗剤 ● 石けん： ① 硬水中でカルシウム石けん（ (RCOO)2Ca ）マグネシウム石けん（ (RCOO)2Mg ）になり沈殿 ② 加水分解して弱アルカリ性 ⇒ 羊毛、絹を傷める ③ 微生物が分解しやすい ● 合成洗剤： ① 硬水中でも洗浄力がある ② 加水分解をせずに中性 ③ 冷水にも溶けやすい ④ さらさらの粉末にできる ⑤ 石けんよりも微生物が分解しにくい ⑥ 安価 10 陽イオン界面活性剤 ●タンパク質の表面：マイナスに帯電（構成アミノ酸にグルタミン酸が多い） HOOCCH (NH2)(CH2)3COOH グルタミン酸重合ＣＯＯ－ポリペプチド鎖ＣＯＯ－ ⇒ 陽イオン界面活性剤と結合しやすい 11 陽イオン界面活性剤の利用 ●病院用石けん：細菌表面のタンパク質と結合 ⇒ タンパク質を凝固 ⇒ 殺菌作用 ⇒ 洗剤兼消毒剤 ●リンス：陽イオン部分が髪（ケラチン）に結合 ⇒ 炭化水素基部分が外側に向く ⇒ 油を塗ったたよう感じ ●トリ－トメント：リンスに類似（浸透性大） ●ソフタ－ 12 界面活性剤の濃度と表面張力表面が炭化水素基炭化水素基親水基 CMC 水ミセル (Critical Micel Concentration)：臨界ミセル濃度（界面活性剤分子の集合体ができ始める濃度） ⇒ CMC以上の濃度で表面張力が激減 13 界面活性剤の濃度と洗浄力等洗濯時油の乳化 ●推奨使用量：洗剤濃度がＣＭＣになる洗剤量（十分な洗浄力が得られる最小量） ⇒ それ以上の量の使用は無駄使い ●可溶化量：溶かすことのできる油類の量 14 界面活性剤（まとめ） ●作用：少量で界面張力を激減させる ●構造：分子内に親油基と親水基がある ●陰イオン界面活性剤：石けん、合成洗剤 ●陽イオン界面活性剤：タンパク質と結合する ⇒ 殺菌作用、リンスなど 15 洗濯のプロセス油汚れ繊維入浴時に、脂肪が人体から器壁へ：皮膚の脂肪＋ CMC以上の濃度の洗剤 ⇒ ミセル形成 ⇒ CMC以下の濃度 ⇒ ミセルが壊れる ⇒ 脂肪が遊離 16 商品としての合成洗剤 ● 界面活性剤＋洗浄促進剤 ● 洗浄促進剤 ● ゼオライト：イオン交換作用 Ca2+, Mg2+ ⇒ Na+ ● 蛍光増白剤：紫外線 ⇒ 青紫色（黄色の補色）の可視光線 ⇒ 白色、増光 ● アルカリ性で働く酵素タンパク質、脂質、デンプンを分解する酵素セルロース分解酵素：セルロースの非結晶質部分の汚れを落とす 17 界面活性剤の利用 ● 化粧品（乳液、クリーム） ● 起泡剤（アイスクリ－ム、ケ－キ） ● 界面活性作用をもつ天然物 ● レシチン（細胞膜、卵黄）：食品、化粧品の乳化（マヨネ－ズ、米のとぎ汁） ● 胆汁酸：脂肪の消化、牛の胆汁で羊毛を洗浄 ● ウグイスの糞（胆汁酸塩） ● 水溶性タンパク質（卵白アルブミン等） 18 乳濁液（エマルション）の種類水中油滴型 (水の性質が強い) マヨネーズ、牛乳油中水滴型 (油の性質が強い）界面活性剤バター、マーガリン界面活性剤が親水基を水側、親油基を油側に向けて界面に並ぶ ⇒ 界面張力と界面エネルギ－が低下 ⇒ 界面の安定化 ⇒ 乳化状態の安定化起泡：泡は表面積大 ⇒ 界面活性剤があると、泡があっても比較的安定 19 ゴキブリに界面活性剤水溶液をかけたらゴキブリの気門（呼吸器）：表面が親油性固体 ⇒ 水をはじく界面活性剤をかけると親油性物質気門表面が親水性に変わる水滴水気門に入らないので死なない水滴が気門に入り窒息死水滴 20 昆虫の気門の詰り ● ゴキブリ：灯油をかけると？ ●ツマグロヨコバイ：水に落ちても平気。田に石油の油膜を張り、落とすと死ぬ（農薬がない時代の殺虫法） ●アブラムシ、蚊、ブヨ、甲虫：台所用洗剤水溶液をかけると死ぬ ⇒ 万能の殺虫剤？（安全、殺虫剤耐性がでない）洗剤水の噴霧で蚊が瞬間的に落ちるのは、羽と胴体が水濡れしてくっつくから（水では落ちない） 21 22