公開日: 2019/08/09 コップに水を注いで満タンにすると、コップの表面に水が盛り上がります。また、朝早く起きて庭や道端の草花を見ると、葉っぱに丸い水滴がついていますね。これらは「表面張力」によるものです。表面張力という言葉を聞いたことがある人は多いと思いますが、その仕組みについては知っていますか?今回は、表面張力の仕組みや、身の回りで見られる表面張力がどのようにして起きるのか、科学実験のやり方などを説明します。 目次 表面張力とは 表面張力を利用している身近なもの 表面張力の働きを水で実験してみよう! 水で手軽にできる自由研究で科学に興味を持つきっかけに 表面張力とは 表面張力の意味 異なる物質同士が隣り合っているとき、その境目のことを「界面」といいます。「液体の表面をなるべく小さくしようとして表面に働く力」のことを「界面張力」といい、特に水と気体の間で起きる界面張力を「表面張力」と呼びます。 表面張力の原理 一般的に、分子と分子の間には引き合う力(分子間力)が存在していて、お互いに離れないように引っ張り合っています。水が凍っているときは、分子と分子が規則正しく整列して密度が高い状態なので、分子同士の距離が近く、お互いを引き合う力も十分に強く働いています。ところが、温度が高くなってくると水分子は激しく運動をし始め、移動しながら分子同士のすき間を広げていきます。すると、水分子は自由に動き回れるようになるため、水として形を変えることができるようになります。これが液体の状態ですね。 このとき、水の中の水分子はどのような動きをしているのでしょうか?
7倍の重さがあるので、本来は水に沈むはずですが、 表面張力によって水に浮くのです。 表面張力では、たくさんの水分子が分子間力で結びついているため、ほかの物が中に入り込むのを邪魔する のです。 スクラムを組んだラグビー選手の間に他の人が割り込むことができないようなものです。 ところが、この水に洗剤を垂らすと、すぐに1円玉は沈んでしまいます。 洗剤には、 「界面活性剤」 と呼ばれるものが含まれていて、界面活性剤は表面張力を弱める働きをするので、 アルミニウムが水の中に入りやすくなるのです。 このような界面活性剤の力で、洗剤は、水と油(皮脂)を混ざりやすくし、汚れを落としているのです。 このほか、界面活性剤は、化粧品が肌になじむように使われていたり、 マヨネーズでは、卵が界面活性剤の役割を果たし、お酢と油が分離しないようにつなぎとめています。 アメンボはなぜ水に沈まないのか? 水の上をスイスイ~と動くアメンボ。 アメンボがなぜ水に沈まないのか、という秘密も表面張力と関係しています。 水面に浮かんでいるアメンボの足を観察すると、足が水に触れている部分だけ、 水面がへこんでいることが分かります。 実は、アメンボの足には 防水性の細かい毛 がたくさん生えており、この毛の層が表面張力を高めています。 また、アメンボは 足から油を出していて、その油分が水をはじく ので、アメンボは一層水に浮きやすくなっているのです。 ハスの葉はなぜ濡れないのか?
さて、ここまで読んでいただければ表面張力がどのようなものかお分かりいただけたと思います。 表面張力自体は、水の分子自体が持つ自然の力です。 しかし、その仕組みを利用した製品が私たちの身の回りにはたくさんあります。 一例をあげると前述した撥水加工(はっすいかこう)です。 撥水加工(はっすいかこう)とは、水の表面張力をより増すこと。 水の表面張力が強まれば、水は物体の上にとどまっていられずに転がり落ちてしまいます。 布張りの傘が濡(ぬ)れないのは、このような撥水加工(はっすいかこう)のおかげなのです。 また、競泳の水着なども表面張力を調整することにより、水の抵抗をなくしてより速く泳げるようにしています。 3.表面張力を弱めると……? では、逆に表面張力を弱めるとどのようなことになるのでしょうか? その一例が、乳化です。水と油を混ぜ合わせようとしてもうまくいきません。 水の表面に点々と油が浮かぶばかりでしょう。 これも、表面張力のせいです。 水も油もそれぞれの表面張力が強いので、それぞれの分子同士で固まってしまいます。 そこで、この分子同士の結合を弱めてあげると、水と油が混じり合うのです。 分子同士の結合をゆるめるのは、実はそれほど難しくありません。 激しく振るだけで一時的に分子の結合はゆるみます。 サラダにかけるドレッシングはよく振ってからかけますが、これは一時的に表面張力を弱めて水と油を混ぜ合わせるためなのです。 4.界面活性剤の仕組みと役割とは? 表面張力 - Wikipedia. さて、表面張力を弱めるには液体を振ればよい、とご説明しましたがこれだけでは時間がたつと元に戻ってしまいます。 水と油のように表面張力が強いもの同士を混ぜ合わせるためには、界面活性剤の力が必要。 この項では界面活性剤の仕組みと役割をご説明しましょう。 4-1.界面活性剤とは? 界面活性剤とは、水と油を混ぜ合わせた状態をたもつ効果のある物質です。 界面活性剤は親水基と親油基という2本の腕を持っています。これを水と油の中に入れると界面活性剤が分子同士の結合をゆるめ、水と油の分子をくっつける接着剤の役割を果たすのです。 また、水に界面活性剤を入れて一定の撥水性(はっすいせい)がある平面の上に落とすと、球体を作らずに広がります。 これは、界面活性剤によって分子の結合力が弱まるためです。 4-2.界面活性剤の効果とは? 界面活性剤は、私たちの身の回りの製品にたくさん使われています。 一例をあげると石けんと化粧品です。 石けんは、布につけて洗うと皮脂汚れを落とします。 これは、石けんの中の界面活性剤が油の分子結合を弱め、水と混じり合わせるためです。 体についた汚れを落とすのも同じ仕組みになります。 私たちの体から毎日出る汚れは、大部分が油性です。 それに石けんをつけると汚れが水と混じり合って体から落ちてくれます。 ただし、界面活性剤は油性の汚れにしか効果がありません。 ですから、泥汚れなどは石けんでは落ちにくいのです。 一方化粧品は、肌に染みこんだり肌の上に塗ったりことによって効果を発揮するもの。 界面活性剤がなければ、美容効果のある水性の物質は肌の上ではじかれてしまうでしょう。 つまり、美容成分が肌に染みこむのは界面活性剤のおかげなのです。 また、クレンジングオイルにも界面活性剤が使われています。 化粧品と皮脂の汚れを、界面活性剤が水と混じり合わせることで落ちるのです。 また、界面活性剤は食品にも使われています。 代表的なものはマヨネーズでしょう。 これは、卵が界面活性剤の役割を果たすため、お酢と油が混じり合ったままクリーム状になっているのです。 5.おわりに いかがでしたか?
はい、どうもこんにちは。cueです。 読者は、 「表面張力」 という言葉を聞いたことはありますか?
ひょうめん‐ちょうりょく〔ヘウメンチヤウリヨク〕【表面張力】 表面張力 出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2020/10/14 14:26 UTC 版) 表面張力 (ひょうめんちょうりょく、 英語: surface tension )は、液体や固体が、表面をできるだけ小さくしようとする性質のことで、 界面張力 の一種である [1] 。定量的には単位面積当たりの表面自由エネルギーを表し、 単位 はm J /m 2 または、 dyn / cm 、m N / m を用いる。記号には γ, σ が用いられることが多い。 表面張力と同じ種類の言葉 表面張力のページへのリンク
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