界面活性剤を用いると水の表面張力は低下しますが、それがなぜなのか簡単にでいいので教えて下さい。大学のレポートでちょっとばっかし困っています(>_<)誰か私に救いの手をぉぉ~~(T_T)

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A 回答 (2件)

レポートということですので、ヒントを・・・



水の表面張力の原因について調べる・・・chikonojyoさんが紹介しているHPを見ると分かると思います。

界面活性剤は、いわゆる両親媒性分子ですね。
当然、界面活性剤の親水部は水分子あるいは親水部同士と相互作用する方が安定です。

では、疎水部はどうなるのか?
疎水部と水分子との接触は不安定です・・・従ってどうしても疎水部と水分子が接触しなければならない場合は、接触面を最小にする傾向があります・・・

・・・ヒントになりましたかね??
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このページ・・参考になりますかねぇ。



http://subsite.icu.ac.jp/people/yoshino/NSIII20K …

http://www.nicol.ac.jp/~honma/sa/sa.html

http://www.kelly.t.u-tokyo.ac.jp/course/two-phas …

参考までに調べたページのアドレスを紹介しておきます。
くわしくわからなくってごめんなさい。
がんばってくださいね。
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この回答へのお礼

chikonojyoさん。遅い時間なのにわざわざありがとうございましたぁ(>_<) 本当に助かりました。頑張って、レポート仕上げます♪

お礼日時:2001/09/04 01:46

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Q表面エネルギー(表面張力)と材料弾性率の関係式というのはありますか?

ある材料中に気泡ができた場合、気泡内圧Pと気泡半径Rと表面エネルギーγの間にはP=2γ/Rという関係式があると言われています。

ところで、この表面エネルギーですが、ヤング率などの弾性定数との関係式のようなものは無いのでしょうか。金属を想定しています。ヤング率が小さいほうが、気泡の半径は大きくなりそうな気がするのですが。

Aベストアンサー

>ある材料中に気泡ができた場合、気泡内圧Pと気泡半径Rと表面エネルギーγの間にはP=2γ/Rという関係式があると言われています。

表面張力γに対し、気泡の力の釣り合いから求められる式です。

「表面張力」の定義は、表面に働く張力で、表面上の線分単位長さあたりに働く力で表されます。単位はN/mです。
「表面エネルギー」の定義は、表面を生成するのに必要なエネルギーで、単位表面積あたりのエネルギーで表されます。単位はJ/m^2です。

両者は、元来、別の概念として定義されたものです。しかしながら、値として同じものになることが簡単に証明されます。単位もJ=Nmですから、同じになります。
したがって、実使用の場では、両者はほぼ同義の言葉として用いられます。また、表面エネルギーの測定においても、液体の接触角から表面張力の関係式を使って値が導かれます。

「表面エネルギー」を他の熱力学量で表すと、「単位表面積あたりのGibbsの自由エネルギー」に等価となります。これは、熱力学の関係式から、簡単に求めることができます。このことに由来してか、「表面自由エネルギー」という言い方も使われます。
(表面エネルギーと表面自由エネルギーの議論は初めて知りました!)

>この表面エネルギーですが、ヤング率などの弾性定数との関係式のようなものは無いのでしょうか。

本題の質問ですが、表面エネルギーも弾性的な定数も、その起源は原子間の結合力にあります。よって、関係式のようなものはあります。しかしながら、あまり実用的ではありません。理想的な表面ならば理論式とよく合うはずですが、表面に関わる現象はさまざまな要因が効いていて、理論式がなかなか合わないためです。
ざっくり探ってみたら次のようなものがありました。Docファイルの一部が欠落していて読みにくいのですが、導出の考え方は分かるのではないかと思います。

http://zokei.eng.kagawa-u.ac.jp/~mihara_lab/class/zairyou/file/01-sikino_kijutu.doc

>ある材料中に気泡ができた場合、気泡内圧Pと気泡半径Rと表面エネルギーγの間にはP=2γ/Rという関係式があると言われています。

表面張力γに対し、気泡の力の釣り合いから求められる式です。

「表面張力」の定義は、表面に働く張力で、表面上の線分単位長さあたりに働く力で表されます。単位はN/mです。
「表面エネルギー」の定義は、表面を生成するのに必要なエネルギーで、単位表面積あたりのエネルギーで表されます。単位はJ/m^2です。

両者は、元来、別の概念として定義されたものです。しか...続きを読む

Q表面張力 ベンゼンとエタノールについて

ベンゼンとエタノールの表面張力を調べてみると、
ベンゼンの表面張力が28.8(dyn/cm)で、エタノールの表面張力が22.3(dyn/cm)となっていました。
ここで疑問がわきました。
なぜ、ベンゼンの方がエタノールよりも表面張力が高いのでしょうか?
(なお、水とエタノールを比べたときにエタノールには表面活性物質で表面張力を下げる作用があるので、水の表面張力よりもエタノールの表面張力の方が低いのは分かります。)
青本という薬剤師国家試験の参考書を見ると、「表面張力は一般に極性が高く、分子間力が強い液体ほど大きい。」とありました。この青本の理屈が正しいのなら、ベンゼンは疎水性で極性が低いので、極性が高いエタノールよりも表面張力が低いような気がするのですが、どうでしょうか?
つたない質問ですが、教えていただけたら、ありがたいです。
でひ、よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

私もわからないので参考程度でお願いします。

確かにエタノールの方が分子間力は強いと考えられます。事実、二つの粘度を比べますとエタノールが1.2cP、ベンゼンが0.65cPとなっておりました(20℃)。しかし表面張力が粘性測定と違うのは、すべての分子の周りに必ずしも同分子がいないということです(表面)。
まずエタノールの低い表面張力は表面活性物質ということで説明がつきます。
それに対してベンゼンの高い表面張力は共役二重結合が大きな影響を与えていると考えられます。なぜなら同じ炭素数を持ち、環状のシクロヘキサンの表面張力は24.99でした(20℃)。
そしてベンゼンのような物質の分子間力は主にファンデルワールス力であり、さらにその中でもロンドン力の影響が大きいです。よってπ電子の柔軟性が大きなロンドン力を生み出しているのではないかと私は考えました。

しかし実際に実験などをしてπ電子の柔軟性や各物質の表面張力を確認したわけではないため、いままでの話は想像です(粘度は実験で確めたのでだいたいこのぐらいです)。

何かわからないことがありましたらまた質問してください。


参考資料(wiki)(篠田耕三著:溶液と溶解度)

私もわからないので参考程度でお願いします。

確かにエタノールの方が分子間力は強いと考えられます。事実、二つの粘度を比べますとエタノールが1.2cP、ベンゼンが0.65cPとなっておりました(20℃)。しかし表面張力が粘性測定と違うのは、すべての分子の周りに必ずしも同分子がいないということです(表面)。
まずエタノールの低い表面張力は表面活性物質ということで説明がつきます。
それに対してベンゼンの高い表面張力は共役二重結合が大きな影響を与えていると考えられます。なぜなら同じ炭素数を持ち、環...続きを読む

Q表面張力について

小学三年生の子供から、一緒にお風呂に入っていて質問されました。「表面張力って何?」と。簡単に子供に教えたいのですが、どのように説明するのが良いのでしょうか。

Aベストアンサー

コップに満タンに水を入れて、スプーンの先でほんの少しづつ水を入れて行きます。
(こぼれずに丸くなります。)

水を2~3滴たらすと、丸くなり、中央にまとまろうとします。

これが表面張力のモデルです。

水は水同士でまとまろうとします。
理由は同じ分子同士で引き寄せあうからです。
宇宙船の中では水は丸い玉になります。

この力があるから水がまとまって水道から出てきて
お風呂に入れるのです。^^

Q表面張力

ある高さの鉛直方向から粘弾性の溶液を、一定流量で、幅10cm位で上から流すとき、膜ができる条件として表面張力が関与していると聞いたことがあります。
なぜ表面張力が低いと膜ができやすいのでしょう?

Aベストアンサー

>なぜ表面張力が低いと膜ができやすいのでしょうか?

一般に「表面張力が低いと膜ができやすい」と、信じられていますが、これは誤りです。表面張力が低すぎても膜はできません。「粘弾性の溶液」というのですから、ある程度、表面張力の高い物質を想定しているのではないでしょうか。膜ができるためには、重力などの外力によって、膜が薄くなろうとする力に抵抗する力がその膜(溶液)に備わっていなければなりません。そのような力は、粘弾性であることもありますが、イオン性界面活性剤の二重膜の場合には同極イオン間の斥力になります。どのような、溶液の膜について考えるかによって、膜のできる仕組みは違いますので、一般的に論じることはできません。

Q毛細管現象と表面張力について

毛細管現象のことで悩んでいます。教えてください。
テーパの付いたストローの中に、水(水玉)がある状態を想定します。一般的な毛細管現象の理解では、水は管路の狭いほうに移動すると思います。ですが、一般的な表面張力の式では、壁面が水を引っ張る力は、F=Tcosθ*2πr と書かれています。ここでTは表面張力、θは接触角、rは固液界面における管路半径です。これを見ると、テーパの広い側にある固液界面での引っ張り力のほうが、狭い側にある固液界面での引っ張り力より大きいことになり、水は管路のより広いほうに進むように解釈できます。このような矛盾はなぜ起こるのでしょうか。すみません。どなたか教えていただけると大変助かります。どうぞよろしくお願いします。

Aベストアンサー

まず質問者さんの式の問題ですが、F=σcosθ*2πrとあります。(すみませんが表面張力をσと書く例が多いのでσと書かせてもらいます。)これが言わば壁が水を引っ張り上げる力であるのはその通りです。元は単位長さ当りでσcosθの力で引っ張りますからこれを円周全体で合計して2πrσcosθが全体の引っ張る力です。これに対して抵抗する力があるからメニスカスが留まります。それは内外の圧力差です。内外の圧力差をΔPとすれば、それに断面積をかけた値、πr^2ΔPがこれにあたります。
すなわち
πr^2ΔP=2πrσcosθ
が力の釣り合いです。これより
ΔP=(2σ/r)cosθ
を得ます。これが半径rの毛細管の力の釣り合いですが、これはまさにラプラスの式、即ちΔP=2σ/Rです。曲率半径がRの円を、壁面との接触角θとなるように描いて見て下さい。文章で書くと却ってわかりにくいので書きませんが、Rcosθ=r、つまりcosθ/r=1/Rなることはご理解頂けると思います。ですから質問者さんの書かれた式とラプラスの式は当然結びついています。
そしてコーンについてこれと同様の計算をすれば、頂点から底面へ向かう方向についての力の釣り合いが
ΔP=(2σ/r)cos(θ-φ)
ですし、底面から頂点へ向かう方向の力の釣り合いが
ΔP=(2σ/r)cos(θ+φ)
となるということです。コーンの壁面に接触角θで交わる曲率半径rの球面(図で考察するなら円)を描いている頂ければご理解できると思います。
頂点側も底面側も大気圧でしたら、水側はそれよりも低い圧ですが、その圧が、コーンの頂点側と底面側で違っていては力の釣り合いが取れません。
もし取れるとしたならば、No3の回答で書きましたが(そこでまたσを書き忘れていました)、
頂点側から押す力;f1=2πσR1cos(θ-φ)
底面側から押す力;f2=2πσR2cos(θ+φ)
が等しくなる条件
R1cos(θ-φ)=R2cos(θ+φ)
のところです。ものによってはこれで釣り合って止まる場合がありえます。しかし、容易に分かるようにたとえば壁が圧倒的に親水性でθがゼロならば、cos(-φ)=cosφですから、テーパでR1<R2ですからf1<f2となります。こうなると径の小さい方へ水は押されます。そして接触角が大きくなったような状態でかろうじて力の釣り合いが取れる筈です。
血流や木の水については素人ですのでなんとも申せませんが、血液は心臓のポンプの役割が大きいかとも思います。木については、水が毛細管上昇で上れる高さは管の太さが一定ならばNo4さんの回答の通りです。管が細ければいくらでも高く上がれる式ですが、表面張力が使われる式ですので分子レベルの大きさの管に適用するは無理があると思います。また木の中の水の上昇の説明が毛細管現象が本質とされているのかどうか(たとえば浸透圧などはどう考えるのか)などは全く存じません。生物のご専門の方に聞かれた方がよいかと思います。

まず質問者さんの式の問題ですが、F=σcosθ*2πrとあります。(すみませんが表面張力をσと書く例が多いのでσと書かせてもらいます。)これが言わば壁が水を引っ張り上げる力であるのはその通りです。元は単位長さ当りでσcosθの力で引っ張りますからこれを円周全体で合計して2πrσcosθが全体の引っ張る力です。これに対して抵抗する力があるからメニスカスが留まります。それは内外の圧力差です。内外の圧力差をΔPとすれば、それに断面積をかけた値、πr^2ΔPがこれにあたります。
すなわち
πr^2ΔP=2πrσcosθ
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