砂糖や塩って水の中に入れると(溶けると)見えなくなりますよね?
科学的にはどう説明されるんでしょう?
屈折率や密度や結晶なんかが関係するんだろうなって想像してるんですけど・・・
物理や化学に殆ど無知な自分にも分るように説明していただけたらうれしいです
よろしくお願いします。

A 回答 (4件)

二つに場合分けして考えます。



1.溶ける物質の場合

砂糖や塩のように,溶媒に完全に溶け,真の溶液を作る物質は,その溶液は透明になります。
目に見えたり濁ったりするには,照射した光の反射,屈折するような界面が必要ですが,またその界面は光の波長程度に大きい必要がありますが,真の溶液ではそのような大きな界面は存在しません。よって透明に見えます。
花粉やでんぷん溶液のように,溶媒に対する溶解度が悪かったり,溶媒中での分散粒子の大きさ(例えば分子やミセルの大きさ)が大きいような場合,この界面の大きさも大きくなり,光は反射したり屈折したりして,つまり濁ってきます。この様な溶液を「コロイド溶液」と呼び,光の散乱は「チンダル現象」と呼びます。(思い出しました?)


2.溶けない物質の場合

次に,この界面は十分大きいのにも関わらず,見えなくなるケースについてです。
まず当たり前のことですが,ガラス板は透明で,空気も水も透明です。さらにガラスは空気にも水にも溶けません。
このガラス板は透明であるにもかかわらず,空気中ではハッキリとその存在を確認できますが,水中に入れると存在を確認しづらくなります。
この現象を考えるときに「反射率」や「屈折率」といった概念が必要です。結果論を先に言いますと,界面での反射率がゼロで,二つの物質の屈折率が完全に等しい場合,肉眼ではもちろん,あらゆる分光学的な手段を用いても,そこに物質があると言うことを確認することはできません。水とガラスとは屈折率が近く,なおかつ反射率が低いため,水中でその存在を確認しづらくなるのです。

ちなみに,反射率と屈折率の関係はクラマース-クローニッヒの式によって,また光路については屈折率に関するスネルの式,さらに全反射条件の式などによって数学的に説明ができるのですが,話が突然難しくなってしまいますので,ここでは省略させていただきます。

> 屈折率や密度や結晶なんかが関係するんだろうなって想像してるんですけど・・・

結晶構造の対称性,吸光係数,分極率などは屈折率に関係しますが,密度は直接的には関係しません。
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この回答へのお礼

溶ける=見えなくなる ってことですね。
砂糖(塩)では界面が小さくて見えない。
ガラスは界面が確認しにくくて見えない。
「真の溶液」ってのがよく分りませんでしたがこれくらいは自分で調べてみます。
専門家の回答とても頼りになります。
ありがとうございます。

お礼日時:2001/07/02 00:06

「見えなくなること」が不思議なんですよね。



逆に、「見える」とはどういう事を言うのでしょうか?
「見える」とは、違う場所から違う光を目が受け取ったという事です。
俗に「闇夜のカラス」という言葉がありますが、背景も黒で、見たい物も黒だったら、見ることはできませんよね。
「夕焼けの赤とんぼ」とも言います。背景が赤で見たい物が全く同じ赤なら、やはり見えません。
周りにある物は全て、少しずつ何かが違うので、目に入ってくる光も何かが違い、それを感じているのです。
(何かとは、色だったり、透過率だったり、反射率だったり、屈折率だったりです)

さて、問題に戻るとして、水も砂糖も塩も透明なんです。
この場合、「透明」というのは、可視光(人間の目が感じることのできる光)を吸収しないと言うことです。
「白いよ」と思われるかもしれませんが、これは砂糖や塩の粒の表面で光が乱反射しているからです。透明な水が凍って雪になると白く見えるのと同じで、色が付いているわけではありません。
まず、砂糖も塩も、色が付いていない透明な物質なので、透明な水の中に入れた場合、色で「区別する」事はできないのです。

ガラスも透明ですよね。でも、ガラスのコップは見えますよね?これは、空気とガラスでは屈折率が違うので、そこで光が曲げられるからです。空気しかない状態とは違う光の通り方をするので、「そこに物がある」と認識できるのです。砂糖も塩も、屈折率は水とは違います。「じゃあ見ることができるじゃないか」。その通りです。コップに水を入れて、角砂糖を沈めましょう。かき混ぜないでください。しばらくすると、角砂糖の周りの水の中に「もやもや」が見えてきます。これが、透明だけど屈折率の違う物を見た状態です。屈折率が違うので、光の通り方が違ってきます。これを見ているのです。
角砂糖が溶けきったら、かき混ぜてみましょう。「もやもや」が広がって、ついに見えなくなりましたね。これは「コップの中の水と砂糖の分子が均一に混じり合って、光の通り方が同じ」になってしまったからです。
光の通り方が同じだと、見えなくなるのは、今まで説明したとおりです。

長くなりましたが、まずはこの程度の説明ではいかがでしょうか?
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
砂糖(塩)が空気中(?)にあるときは塊が大きくて屈折率のかわる境目がはっきりしているのでよくみえて、
水中にあると溶けて小さくなり、均一になって境目がなくなるので「見えない」ように見えるんですね。
ばっちりです。

お礼日時:2001/07/01 23:09

「科学」あるいは「化学」的に説明するには専門的な熱力学等の知識がなければ難しいでしょう・・・?



まずご存知でしょうが、「溶解度」に関しては以下の参考URLは参考になりますでしょうか?
http://www.yamamura.ac.jp/chemistry/chapter2/lec …
これは硫酸銅水和物の例ですが、イメージ的には分かるかもしれませんね・・・?

例えば、「砂糖」は1分子(ブドウ糖と果糖が結合したもの)の分子サイズは約1nm(10Å)です。
勿論、溶解させる量によりますが、1分子まで(あるいあそこまでいかなくても)いけば見えますか・・・?

蛇足ですが、砂糖とかブドウ糖で濃度によっては(高濃度になると)、光の加減で溶け込んでいくのが屈折率の関係で分かる場合があります(かげろうのように水の中で揺らいでいるのが)。

補足お願いします。

参考URL:http://www.yamamura.ac.jp/chemistry/chapter2/lec …
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この回答へのお礼

要は小さくなるが為に見えなくなるってことでしょうか・・・?
かげろうのように揺らいでるのはなんとなくわかりますが、
しばらくすると見えなくなりますよね?
「溶解度」についてはよく分りました。
ありがとうございます。

お礼日時:2001/07/01 22:52

「水の分子のすきまに、塩や砂糖の分子が入り込む」


んです。
「水  水  水  水」
   ↑ここにするっと入るんです。すきまは三つですよね、この図では。だから塩ないし砂糖の分子が三つ、水を構成する分子のすきまに入れます。残りは入れず、「とけ残り」になるのです。分子が、このスキマより大きいと、入り込めないので(サイズLLの人がSサイズの服を着ようとしても無理でしょう)、それが「水に溶けないもの」となります。
ちなみに、水を温めると
「水    水    水    水」
こういう感じに、すきまがわーっと広がるので、他の分子がより沢山入り込めます。お湯に、よりたくさんの砂糖や塩が溶けるのはそのせい。ホウ酸のような、分子が大きすぎて、水の分子のスキマにはいりこめないような物でも、温めた水にならすこーし溶けるのは、そういう理由からです。こちらはセーターを引っ張って伸ばして、無理やり大きくして着てみるようなものです。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
でも、水のすきまに入るとどうして見えなくなるのかってのと
たしか砂糖のほうがホウ酸より分子が大きかったと思うのですが・・・
「溶ける」ってのは、なるほどそうですか。

お礼日時:2001/07/01 04:01

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