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なぜ油は水に浮くのでしょうか。

油が軽く、水が重いのは経験的に分かります。
しかし分子量は水よりの油ほうが一般的に大きいです。
重さと分子量とは関係がないのでしょうか。
教えて下さい、お願いします。

A 回答 (3件)

基本的には、密度の問題です。

では、なぜ油は水より密度が大きいのでしょうか。
その前に、油とは何でしょうか。石油なら炭化水素ですし、てんぷら油などであれば油脂です。石油は構成元素が炭素と水素で、油脂ならば炭素と水素と酸素からできています。
一方、水はご存知のとおり、水素と酸素からできています。
構成元素から考えると、あまり優位差はないようですが、大きな違いは二つあります。
ひとつは、物質が純物質か混合物かです。水は純物質で分子間が狭く、油は混合物で、いろんな分子が混在しているため分子がうまく整列(結晶化)でず、分子の間が広がってしまいます。
もうひとつは、水素結合の存在です。水には水素結合が存在し、分子同士が強く引き付けられますが、油にはそれがありません。
従って油は分子間がどうしても水に比べ広がってしまい、密度が大きくならないと思います。
この二つの要素が油が水に浮く大きな原因と私は考えます。 
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> 油が軽く、水が重いのは経験的に分かります。


 これは同じ体積で比べての話ですよね。水1Lと油 1 mL を比べたら水の方が重いですよね。

> しかし分子量は水よりの油ほうが一般的に大きいです。
 そうです。ただ同時に1分子の占める体積も,水よりも油の方が大きいです。結果として,密度(質量/体積)は水よりも油の方が小さくなります。

> 重さと分子量とは関係がないのでしょうか。
 関係はあります。分子量にg(グラム)を付けたものが質量になりますから。ですから,分子量の大小で言える「重い・軽い」は1分子が重いか軽いかです。

以上の事を踏まえて,
> なぜ油は水に浮くのでしょうか。
 ここで重いか軽いかは,同体積の水と油で比べるべきものです。つまり,密度で比べなければなりません。上記のように密度は油の方が小さいですから水に浮きます。
 あるいは,同体積の水に比べて重さが何倍かを示す数値に「比重」があります。これで比べるべきです。
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水に浮く/浮かないは、原子の重さの問題ではなく、物体としての密度の問題です。


例えば、鉄は水よりも重いですが、鉄で作った船は水に浮きますよね。
船が水に浮くのは、物体の内側に空間を持っており、船単体として見れば、同じ体積の水よりも軽いからなんですよね。

水と油の関係も同じです。油の分子自体は水の分子よりも重いですが、油の分子と分子の間は、水の分子と分子の間よりも広い距離が開いているのです。
その結果、同じ体積に含まれる油分子の数と水分子の数を比べると、油分子の方が少なくなります。


話を単純にして、油分子は1コ2gで、大きさが3立方cm,水分子は1コ1gで大きさが1立方cmだとします。
1リットル(1000立方cm)の容器には、水分子は1000コ入りますが、油分子は333コしか入りません。

1リットルの重さで比べると、油は333×2=666g、水は1000×1=1000gとなります。

その結果として、水と油は混ざりませんから「密度」の高い水は底に沈み、「密度」の低い油は上に浮かぶ、ということになります。
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