水と油って何が違うの?【分子鎖長】と【極性】のはなし

2016-05-29 18:10:53
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突然ですがみんな大好き(?)ケミカル雑学のコーナーです\(^o^)/笑

 

 

こちらのコーナー、かずのすけ自身はとってもノリノリで書いてますが、

 

毎回「全然いいねが付かない」という寂しい悩みを抱えております…( ;-;)

 

 

でもめげません。だってお勉強は大切!(謎)

 

 

 

 

 

でははじめましょう!

 

今日のテーマは『水と油の違いとはなんぞや?』という話です(^o^)/

 

 

 

 

◎水と油は混ざりません!

 

 

「水」と「油」がお互いに混ざり合わないというのは皆さんもよくご存知の話ですね。

 

 

これはグラスのお水にオリーブオイルを注いでいる写真ですが、

 

 

 

このように水中でオイルは玉になって固まり、頑なに水と混ざり合おうとしません。

 

 

 

 

たとえ撹拌したとしても、、

 

      

 

 

 

 

この通りで↓、どうしても水と油はそれのみでは混ざり合わないのです。

 

 

 

 

◎なぜ水と油は混ざらないのか?

 

 

水と油は一見すると似たような液体に見えますが、

 

  

 

 

2つを混ぜようとすると相反したように混ざりあいません。

 

日常的にはとても当たり前の現象です。

 

 

ですがちょっと考えるととても不思議なことではないでしょうか。

 

 

 

 

 

 

さてではここで質問ですが、

 

なぜこのような現象が起こるのでしょうか?

 

 

「水と油は混ざらないんだから、それはそれで良いんだ!」

 

という回答もあるかと思いますが、

 

世の中の全ての現象には科学的な「理由」があります。

 

 

 

 

 

そして実は、この理由は美容や化粧品を考える上で非常に重要なことだったりします。

 

 

なので是非皆さんにも一緒に考えて頂ければと思っております(*^_^*)

 

 

 

 

◎自然の大原則…「性質の違いすぎるものは混ざらない」

 

 

この理由を説明するには、まずはこの自然の大原則をしっかり理解しなければなりません。

 

性質の違いすぎるものは混ざりません。

 

 

でも水も油も見た目は結構似ていますよね(^_^;)

 

オリーブオイルは黄色いですが、ミネラルオイルとかシリコーンオイルとかは透明ですし…。

 

 

しかし違うんです。

 

水と油の決定的な違いは我々の目には見えません。

 

この違いは『分子の構造』というとてもミクロなものだからです。

 

 

 

 

 

◎水と油の違いその①…【分子鎖長】が違う!

 

 

 

まず水と油の違いとして最も重要なのは【分子鎖長】というものです。

 

 

「分子鎖長」とは、書いてそのまま『分子の鎖』の長さです。

 

別の言い方をすると「分子の大きさ」です。

 

 

なぜ分子の大きさを「鎖の長さ」と言うかはとりあえず置いておいて、

 

 

水の分子(H2O)を模型で表すと以下のような形になります。

 

(赤い玉…酸素原子「O」、白い玉…水素原子「H」)

 

 

こちらの水の分子は最小の原子「水素」2つと、「酸素」1つで構成されているとても小さなものです。

 

我々の身近にある水はこの小さな分子が無数により集まったもので、

 

18mLのお水はこの分子を600000000000000000000000(1mol)個ほど集めたものだと考えられています。

 

 

 

 

そして一方でオリーブオイルなどの主成分になっている「油脂」の分子は以下のような構造をしています。

 

(赤い玉…酸素、白い玉…水素、黒い玉…炭素「C」)

 

 

このように炭素「C」がまるで『鎖』のように長く連なっていますね。

 

この構造が鎖のように見えることから分子の大きさを「分子鎖長」と言います。

 

 

 

ちなみに油脂の分子はこれが1個です。

 

水の分子ひとつと比較すると

 

 

↓油脂

      ←水

 

このくらいの大きさの差があります。

 

 

 

他にも、↓これは直鎖状の高級脂肪酸(ステアリン酸)。これも油です。

 

 

 

シリコーンの基本骨格。適当な長さで切れば油になります。

 

 

これは「ミネラルオイル」や「流動パラフィン」と言われるオイルの基本構造です。

 

 

 

 

 

このように、「油」はとても長い分子の鎖を持っており、

 

この構造の差によって水などの分子の小さい液体とはとても混ざりにくいというわけです。

 

 

またこのことから、

 

上記の油に見られるような長鎖長の分子構造を「油と親しみやすい部分」という意味で、

 

「親油基」

 

と呼ぶのです。

 

 

 

 

 

 

◎水と油の違いその②…【極性】が違う!

 

 

 

そしてもう一つとても重要な違いが「極性」という性質です。

 

 

極性とはなんだ?と言われるととても説明が難しいのですが、

 

簡単にいえば『分子内の静電気のバランス』のことを言います。

 

 

(原子はそれぞれ電気の素である『電子』を持っており、その電子配置によって分子構造に電気的な偏りが生じます。この電気的な偏りを「極性」と読んでいます。…あまり深く考えないように!笑)

 

 

 

極性が大きいものは電気的なバランスが悪く、分子の形がだいたいゆがんでます(^_^;)

 

つまり『極性分子』と言われる物質の多くは構造が曲がってます。

 

 

 

このように

 

「水」は見るからに曲がっていまして、有名な極性分子です。

(水→極性が大きい極性分子。)

 

 

 

 

対して油の多くは先ほども見たように

 

 

大体が真っ直ぐな構造が基本になっていますね。

 

 

つまり油の多くは静電気的なバランスが整っている(極性が小さいor無い)ために、構造が曲がっていないのです。

 

 

 

ここからはイメージの世界ですが、

 

 

 

以下のように曲がった分子で出来上がった液体の中に、長くてまっすぐな液体が混ざれるか? という話なのです。

 

 

 

 

このようにして極性分子(水)と非極性分子(油)は、

 

分子の構造上その極性が邪魔して簡単に混ざり合うことが出来ないということなのです。

 

 

 

 

ちなみに、

 

逆を言えば極性が似通ったものなら分子の大きさが多少異なっていても混ざることが出来ます。

 

 

もしくは極性分子の構造を一部だけ持ち合わせることでその物質に混ざりやすい特性をもつことも出来ます。

 

 

例えば↓ステアリン酸の構造の右下の先っちょは他の部位と違ってぐにゃっとなってますね。

 

 

ここはその他の部位とは違って極性を持った部分ということなのです。

 

そしてこういった曲がった部分なら曲がった水とも馴染みやすい。

 

 

このようにして水の分子と類似の極性状態や構造特性を持った部分を「水と親しみやすい部分」という意味で、

 

「親水基」

 

と呼ぶわけです。

 

 

 

※高級脂肪酸の先っちょには「カルボキシル基」という親水基がくっついてます。

しかし分子全体では親水基が小さすぎるため、あまり水には馴染みません(^^;)

 

 

 

 

 

◎これが何に使えるか?例えば…

 

 

 

この話が一体何に使えるか?

 

美容や化粧品にすごく重要だという話をしました。

 

例えばどんなことに応用できるのかというと…。

 

 

 

「クレンジング」などの溶媒選定や、

 

「界面活性剤」の構造を考える時に非常に役に立ちます。

 

 

 

例えばさっき見せたステアリン酸なんかは、

 

先っちょの親水基が小さすぎましたがここに大きい親水基(例えば硫酸基とか)を差し込むと

 

いきなり界面活性剤になります。

 

カルボキシル基をイオン化させても界面活性剤になります。

 

 

 

クレンジングオイルのオイルの選別も、

 

油剤の構造を考えて極性が小さ過ぎない油脂を選んだ方が水との馴染みもややあるなぁ~

 

とか、油を巻き込み過ぎないな~、とか色々考えることができます。

 

 

 

まぁこの辺は超上級者じゃないとあんまりピンと来ないと思いますけど…(;^^)ゞ

 

 

 

 

 

というわけで油と水の違いの話を分子構造に着目して解説してみました。

 

 

今度はこの内容を発展させて、

 

「オイル」の種類とその構造による性質の違いをまとめたいと思いますm(_ _)m

 

 

 

 

 

 

 

いや~、なんと面白い記事なんでしょう~(*´ω`*)

 

え、美容のブログ?そんなの知りません…(´・ω:;.:…

 

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こちらの記事はhttps://ameblo.jp/rik01194/entry-12165310846.html?frm=themeより引用させて頂いております。