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水と油は混ざる? 知っておきたい、異質混合物の好事例、13選

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本記事は、13 Best Examples Of Heterogeneous Mixtures
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約5分27秒

混合物とは、2つ以上の化合物や元素が化学変化することなく結合して形成されたものです。つまり、混合物のそれぞれの要素は、独自の化学的性質と構成を保持しています。

 

科学者は、混合物には2つのタイプがあると認識しており、それは、同質(homogeneous)と異質(heterogeneous)です。異質とは、均一ではない組成を持つ混合物です。異質混合物を構成する個々の物質は、全体的に溶け合ってはいないため、それぞれを検出することができます。

 

実際に、異質混合物を物理的または化学的手段によって、個々の成分に分離することができます。これらの混合物は常に複数の相を持ち、組成は領域ごとに異なります。

 

異質混合物は、さらに次のようにカテゴリ分けできます:
・懸濁液:平静な状態で放置されたときに沈降する粒子が含まれる。
・コロイド:粒子は分散し、分散媒体全体に均一に広がる。

 

化学においては、異質混合物と同質混合物は常に一定というわけではなく、状況によって変化することがあります。例えば、人間の血液には多くの異なる物質が含まれていますが、肉眼では同質に見えます。しかし、顕微鏡で見ると、血小板や白血球、赤血球などの様々な固体粒子の分布を観察することができます。このように考えると、血液は異質混合物なのです。

 

このテーマをもっと分かりやすく説明するために、異質混合物の最も一般的な例をいくつか挙げてみました。

13. 泥水

タイプ:懸濁液

 

子供の頃、泥んこで遊んだことがあるかもしれませんね。バケツに泥水を入れて1~2日放置しておくと、泥が沈殿して、バケツの上の方は底よりも濁りが少ない状態になります。

 

これは、泥水が懸濁液になった状態です。つまり、液体に固体の未溶解粒子が混ざった混合物です。このような混合物は、溶液をフィルターに通すことで物理的に分離できます。液体はフィルターを通過し、固体のちり粒子が残ります。

12. 金ゾル

様々なサイズの単分散金ナノ粒子の色

 

タイプ:コロイド

 

ゾルとは、連続液体媒体中の小さな固体粒子でできているコロイドのことです。金ゾルは、流体(通常は水)の中にある金のナノ粒子です。還元剤とテトラクロリド金(III)酸の溶液を沸騰させることで生成されます。

 

この混合物は、青/紫(100ナノメートル以上の大きさの球状粒子が含まれる場合)または強烈な赤(より小さなナノ粒子が含まれる場合)のいずれかです。金コロイドナノ粒子は、そのユニークな電子的・光学的特性のため、材料科学から生物医学まで、様々な分野での応用が期待されており、研究が盛んに行われています。

11. 消石灰液

消石灰の白い粉

 

タイプ:懸濁液

 

消石灰は、水酸化カルシウムと呼ばれる無機化合物です。生石灰(酸化カルシウム)に水を加えると、発熱して粉末状の消石灰が生成されます。食品業界では、次のような用途で広く使用されています。

・甜菜やサトウキビからの生ジュースを浄化する
・中国の皮蛋(ピータン)を作る
・清涼飲料水やアルコール飲料用の水を加工する
・オレンジジュースなどのフルーツ飲料の栄養価を高める

 

水と混合すると、消石灰の一部が溶解し、石灰水と呼ばれる溶液を形成します。残りは、石灰乳と呼ばれる懸濁液として残ります。

10. コンクリート

タイプ:コロイド

 

コンクリートは、セメント、細骨材、粗骨材からなる建築材料です。水と混合されると、混合物は流動性のあるスラリー(ドロっとした粥状のもの)となり、簡単に注ぐことができ、形状に成形することができます。

 

これはコロイドとして挙動します。この混合物の高い粘度と密度は、セメント粒の沈降を妨げ、コロイドの挙動を展開させることができます。

9. シェービングクリーム

タイプ:コロイド

 

シェービングクリームは、相の異なる2つの物質の異質混合物です。分散相は気体、分散媒体は液体(泡は液体に分散した気体)です。

 

シェービングクリームの多くは、20〜30%の石けんと10%までの皮膚軟化剤、乳化剤、グリセリン、発泡剤で構成されています。希釈されたクリーム(エアゾール)は、炭化水素系推進剤の助力によって加圧缶から吐出されます。

8. チョコチップクッキー

タイプ:懸濁液

 

チョコチップクッキーは、異質混合物の分かりやすい例です。チョコレートは散らばって生地と混ざっていますが、チョコレートがどこにあるか、生地がどこにあるか、指摘するのは非常に簡単ですね。

 

生地とは、基本的には粘性のある流体の中に固体粒子が懸濁したものです。チョコレートは生地に均一に混ざっているわけではないので、チョコレートがたくさん入っている部分とほとんど入っていない部分とがあります。

7. マニキュア

タイプ:コロイド

 

マニキュアには、直径が約1〜1,000ナノメートルの有機ポリマーやその他の成分が含まれています。特定の成分の組み合わせにより、マニキュアに独特の質感と色が与えられます。

 

より具体的には、これは揮発性有機溶媒に溶解したフィルム形成ポリマーでできています。通常は、酢酸エチルまたは酢酸ブチルのニトロセルロースの溶液です。ステアラルコニウムヘクトライトなどの増粘剤も添加され、ボトル内にある間、スパーク粒子を懸濁状態に保ちます。

6. 開栓したソーダ缶

タイプ:コロイド

 

密封されたボトルに入ったソーダの組成は均一ですが、開栓した途端に液体中に気泡が出始めます。水、砂糖、香料は化学溶液を形成していますが、飲み物の中の気泡は液体全体に均一に分布しているわけではありません。そのため、未開栓のソーダのボトルは、異質混合物と考えることができます。

 

ほとんどの場合、これらの気泡は炭酸化によって形成されます。液体に溶ける二酸化炭素ガスの体積は圧力に依存します。ボトルを開けると、圧力が急激に低下し、ガスが溶液から急速に出てきて、気泡が形成されて表面に上昇します。

 

製造された炭酸水は、典型的には、製品のフレーバーの特徴に応じて、少量の炭酸水素ナトリウム、塩化ナトリウム、クエン酸ナトリウム、硫酸カリウム、クエン酸カリウム、または炭酸水素カリウムを含んでいます。

5. マグネシア乳

水中の水酸化マグネシウム

 

タイプ:懸濁液

 

マグネシア乳は、水酸化マグネシウム(8%)と水の混合物で、白色で粘性があり、弱アルカリ性です。水酸化マグネシウムは、鉱物の水滑石として自然に発生します。

 

この不均一な混合物は時折の便秘、胸焼け、および消化不良を和らげるための下剤として一般的に使用されます。腸に水を引き込む働きをするため、便通を誘導する効果があります。

4. 鉄鉱石

赤い赤鉄鉱、一般的な酸化鉄

 

タイプ:コロイド

 

鉄鉱石とは、金属鉄が抽出される鉱物や岩石のことです。鉱石には常に酸化鉄(鉄が酸素と化合した酸化物)が含まれており、色は錆びたような赤や深い紫色から、濃い灰色や明るい黄色まで様々です。

 

自然界では、鉄は主に磁鉄鉱(鉄分を72.4%含む)と赤鉄鉱(鉄分を69.9%含む)の形で発見されています。こういった原材料は、鉄鋼製造の中間製品である銑鉄の原料として使用されています。

3. 花崗岩

タイプ:コロイド

 

花崗岩は、淡色の火成岩で、石英、アルカリ長石(シリカ、アルミナを含む)、斜長石(カルシウム、ナトリウムを含む)の3つの鉱物を主成分としています。また、黒雲母や普通角閃石なども微量に含まれています。

 

岩石に含まれる鉱物のほとんどは、肉眼で確認できるほどの大きさです。それらは明確に区別されます(それぞれの色は異なる鉱物です)。

 

花崗岩はマグマから形成され、地球の表面で見られる最も一般的な火成岩です。私たちが日常生活で出会う様々なもの、たとえば、床タイル、階段の踏み板、敷石、建築用の化粧板などに使われています。

2. 雲

タイプ:コロイド

 

雲は、大気中に浮遊している氷の結晶や水滴の塊です。水が空で凝縮するときに形成されます。雲は地球の対流圏、成層圏、中層圏で見られます。

 

雲にはあらゆる種類の煙、塵、煤、氷、水蒸気、微生物、化学物質などが含まれているため、異質混合物と言えます。また、気体(空気)の中に液体の小滴が分散しているエアゾールの例でもあります。

1. 水と油の混合物

タイプ:コロイド

 

水の分子には極性があります:分子の一方の端が正の電荷を持ち、他方の端が負の電荷を持っているため、水分子は結合することができます。これらの分子は、強い水素結合によって結合しています。

 

しかし、油脂には極性がありません。水に溶けるためには、水素結合を壊さなければなりません。さらに、こういった非極性分子は、他の非極性分子としか混ざり合いません。このような理由から、水分子はお互いを引きつけ合い、油分子はくっつき合い、混合物の中で別々の層を形成します。

 

このタイプの混合物は、エマルション(乳濁液)の最適な例であり、通常は一緒に混ざり合わない2つの液体の懸濁液です。エマルションは、別の不溶解性(混ざり合うことができない)物質に懸濁した小粒子を含むコロイドの一種です。

水と油を混ぜて振ると、濁った懸濁液ができます。しばらく平静にしておくと、密集した水分子は底に沈み、油は水の上に溜まります。

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