溶液の定義

Question

溶液の定義って、私の記憶では（中学校？）
溶けて透明になったら良い
みたいな感じだったと思うんですけど（これも定かでない）。
このときに
ろ紙でろ過したときにろ紙上に物質が残ったら溶液ではない
と、習ったと思うのです。
しかし、いつかテレビで「海水も真水になる」ろ過器（？）
というキャンプ用品（だったと思う）をみた記憶があるんです。
食塩水って水溶液ですよね。
ということは、
上の溶液の見分け方って間違ってるのでしょうか？
そもそも定義が違うのでしょうか？

あと、コロイド溶液って「溶液」っていってますよね。
ろ紙を通るとは思えないのですけど。

以上、三つの疑問が急にわいてきたのですが、
教えてください。

dragon-2 · Accepted Answer

どうも、ご指摘をうけ、また他の方の回答で、補足します。
広義の溶液は、真の溶液、コロイド溶液、乳濁液、混濁液さらに金属の固溶体をも含みます。狭義には、真の溶液だけです。真の溶液は「透明」（色つきのものもありますが）です。他のものは半透明や不透明のものも存在します。昔の分け方ではろ紙を通過出来るものは「溶液」であるとされていたので、真の溶液、コロイド溶液は「溶液」だったのです。むりに「コロイド溶液」というのは英語に colloidal solution , colloidal suspension なる用語があるからです。
　液体同士の混じり合いは普通重量濃度の高いものを溶媒とします。例えば、水とアルコールは任意の割合で混合します。２０％アルコール水溶液とは２０ｇのアルコール＋８０ｇの水の混合物です。２０％の水のアルコール溶液とは２０ｇの水と８０ｇのアルコールの混合物です。（水－アルコール系では常に～％水溶液ということもありますが）
　なお、食塩水のろ過はtama606さんが正解でした。中空糸ろ過膜でしたね。すみません。

ryumu · Answer

お礼に対する回答です。
私が扱ってる膜蛋白質は、懸濁液状態でも見かけは透明です。
界面活性剤により可溶化するとやはり透明なんですが（蛋白質＋脂質＋界面活性剤の複合ミセル）、大きな違いは、吸収スペクトルにはっきりと現れます。

懸濁液は、吸収スペクトル測定をすると短波長側に散乱によるベースラインの上昇が起こるのですが、可溶化溶液ではそのような変化がほとんどありません。これは、懸濁液では可視領域では溶液に見えても、実際はいろんな大きさの分子の複合体（小さな膜断片の凝集したものも含む）が存在しているからです。

また可溶化した膜蛋白質の濃度を上げるため濃縮という作業もしたことがあるのですが、これは特定の分子量以下の分子のみを通す膜を用いました。

結局のところ、広い意味で溶液とは、”均一混合液”ということでしょうかね。透明でなくとも、各分子（及びその複合体）が熱運動で常に動いて、均一であればいいような気がします。逆に、（温度を変えずに）放置しておくとだんだん分離してしまうのは、溶液とはいえないような気がしますね。懸濁液でも放置しておくと、たまに沈殿が生じることがあるので・・

ちなみに界面活性剤によっては、同じ分子でも作られるミセルのサイズに（大きい物から小さい物まで）分布があるのも存在します。しかし、これらも無秩序で混合されていれば溶液といえるとおもいます。

tama606 · Answer

私の認識では、
溶液＝透明 で、溶媒に分子レベル（会合体を含む）で溶解したもの。
コロイド＝界面活性剤によるミセルが、水中に分散したもので、不透明（チンダル現象も含む）です。

高分子の溶液は、分子量や構造によって溶解部と分散部が１分子中に共存できるので、やや様子が異なりますが、チンダル現象を起こさないものは当然透明で、溶液と言えると思います。

質問の中にある「コロイド溶液」は、便宜的に「溶液」を冠しているだけで、上記のような意味の溶液ではないと思います。

きれいな海水は、まず溶液と言えます。話の中の濾過膜は、中空糸繊維を利用したもので、水よりも大きな分子やイオンは、物理的に透過できないような、微細の穴のあいたものです。（水道の濾過器にも使われていますね。）
これは比較的最近の技術なので、昔の濾紙と比べたら別物と言えます。

ちなみに、泥水を濾紙で濾過すると、土の微細片が入った、やや濁った液が出てきます。これは無機粒子によるサスペンションなので、溶液ではありません。
「透明」の方が、溶液を見分ける指標としては、確かだと思います。分散体は一見透明でも、角度を変えると不透明だったりして、すっきりした透明体にはなりません。また、「溶液」を便宜的に使っている例もかなりあると思います。

限外濾過膜だと思っていましたが、逆浸透膜のようですね。以下が参考になるとおもいます。
http://www.fishexp.pref.hokkaido.jp/shikenima/201to250/2390.htm
http://www.kobelco.co.jp/technobook/p341.htm

間違っているようでしたら、ご指摘を・・・。

ryumu · Answer

異なる分子が無秩序で混合されてる状態が、溶液の状態です。
理想溶液では、異種分子の大きさがほぼ等しいという条件も付きますが、たいがい分子の大きさは異なってますので理想状態とは異なってます。ですから、均一状態の溶液でも、濾過なり遠心なりで分離することは理論的には可能です。

で、ちょっと異なる視点から・・・・
私は膜蛋白質の研究をしてて、界面活性剤による”可溶化”という作業をしたことがあります。で、この可溶化は、疎水性の膜蛋白質を水溶液にするという作業で、ようは研究しやすいよう均一溶液にしたいわけです。まあ蛋白質分子の大きさは溶媒（この場合は水）分子とかなり異なっているので、当然理想溶液ではありません。一般に、１０５，０００×ｇで１時間の遠心（超遠心）を行い、沈殿しなければ、可溶化されたと見なしています。しかし、もっとｇの大きい遠心を長時間行えば、当然均一混合状態が崩れ、 溶液中の分子（溶媒和等の複合体も含む）の分布は密度に依存し、ボルツマン分布するはずです。

結局、真の溶液（理想溶液）ってのが、まれなものなんでしょうね＾＾；

dragon-2 · Answer

溶液　solution　分子レベルで２種以上の化学種が均質に分散している液層の系をいう。均一系で、分量の多い方を溶媒（水の場合が多いですね）、少量成分を溶質という。
　水を溶媒と考えましょう。普通の溶液とコロイド溶液は溶質の粒子の大きさの違いによります。普通の溶液の溶質が　0.1～1nm　であり、コロイド溶液は　1～10^2nm　で１００倍ぐらい大きいのです。このため、真の溶液に無い性質、透析・チンダル現象・ブラウン運動・電気泳動などが観測されます。普通に見ると両者とも透明なのですが。あとは、濁った状態で均一な乳濁液・懸濁液と言われるものもあります。
　水にものが溶解する場合は２つの状態があります。どちらも、水分子がもつ極性（酸素原子はマイナス、水素原子はプラスの電荷がある）による「水和」（溶質が水分子に取り囲まれること）が溶解なんです。
　１）溶質がイオンに分かれ、溶解する。ＮａＣｌがＮａ＋とＣｌ－に電離して溶けるようなもの。（電気が流れる。）
　２）溶質分子が分子のまま溶ける。砂糖の溶解が例です。（電気が流れない。）
では、前置きこのぐらいで質問に答えます。
＞いつかテレビで「海水も真水になる」ろ過器
　海水は不純物もありますが真の溶液（食塩水）と考えてよいでしょう。この場合の装置はイオン交換膜を使って、ナトリウムイオン・塩化物イオンを取り去るのです。現在、私たちが使用している食塩の大部分はこのイオン交換膜法でつくられたものです。
＞上の溶液の見分け方って間違ってるのでしょうか？ 
　　そもそも定義が違うのでしょうか？ 
　これは、前置きの溶液の定義でいいでしょう。
＞あと、コロイド溶液って「溶液」っていってますよね。 
　　ろ紙を通るとは思えないのですけど。 
　ろ紙は通ります。コロイド粒子の大きさはろ紙の目を通るのに十分小さいのですが、セロハンなどの膜は通過できません。このような膜を半透膜といいます。（溶液は溶媒も溶質も通過できるが、コロイド粒子は通過できない。）これを、利用したものが透析（人工透析も）なのです。ただ、コロイド溶液に塩類を加え、凝析や塩析を行うと、コロイド粒子は沈殿しますから、ろ過が可能になります。

sesame · Answer

buchurinさんが見た「海水も真水になる濾過器」というのがどういう動作原理の製品かわからないので何とも言えないのですが…。
ふつう、蒸留を用いないで海水から真水を分離するには、イオン交換膜という特殊な膜が必要です。
イオン交換膜の両側に満たした海水に＋と－電気を通すと、交換膜は一方のイオンしか通さないので、ナトリウムイオンが出ていったあとの水からは塩素が揮発して真水になる、という原理ですね。
この工程には電気が必要ですし、使うのもただの濾紙ではありません。

それから、コロイド溶液はわざわざ「コロイド」と断ってるくらいで、「いわゆる」溶液とは別物、と考えてください。

溶液の定義

お礼に対する回答です。

どうも、ご指摘をうけ、また他の方の回答で、補足します。

私の認識では、

異なる分子が無秩序で混合されてる状態が、溶液の状態です。

溶液 solution 分子レベルで２種以上の化学種が均質に分散している液層の系をいう。

この回答への補足

buchurinさんが見た「海水も真水になる濾過器」というのがどういう動作原理の製品かわからないので何とも言えないのですが…。

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　どうも、ご指摘をうけ、また他の方の回答で、補足します。

　溶液　solution　分子レベルで２種以上の化学種が均質に分散している液層の系をいう。