重要な概念
化学
界面活性剤
密度
極性

はじめに
仲良くしていない二人のことを言うと、「油と水のように混ざり合っている」と言われるのを聞いたことがあるかもしれません。また、の表面に光沢のある油が浮かんでいるのに気づいたかもしれません。雨が降った後、水が水たまりになります。どちらの場合も、水と油がうまく調和しないことを理解していますが、なぜだろうと思ったことはありませんか。他にも多くのものが水に溶けるのはなぜですか。このアクティビティでは、何を探りますか。油を特別なものにします。油と水を混ぜることで、不可能を実現しようとします。

背景
フルーツジュース、食用染料、さらには砂糖や塩などの他の多くの物質とは異なり、油はそうします。水と混ざらない理由は、油と水の性質に関係しています。水分子は、1つの酸素原子と2つの水素原子で構成されています。この非常に単純な構造に加えて、水モルキューは極性があり、水分子全体に電荷が不均一に分布していることを意味します。水は、酸素原子から部分的に負の電荷を持ち、水素原子から部分的に正の電荷を帯びています。この極性により、水分子は、ある水分子の負に帯電した酸素原子と別の水分子の正に帯電した水素原子の間で、互いに強い水素結合を形成することができます。塩や糖などの他の分子も、その極性のために水に溶解することができます。水分子の両端の電荷は、他の分子の化学構造を破壊するのに役立ちます。

対照的に、油は無極性であるため、水分子の極性に引き付けられません。実際、油は疎水性、つまり「水を恐れる」ものです。油は水分子に引き寄せられるのではなく、反発するため、水に油を加えると混ざり合いません。油は水よりも密度が低いため、常に浮きます。水の上に油の表層を作ります。大雨の後、路上でこれを見たことがあるかもしれません。一部の水たまりには、油のコーティングが浮かんでいます。

このアクティビティでは、テストを行います。油と水を混ぜるのに役立つ界面活性剤の力使用する界面活性剤は皿型洗剤で、両親媒性であるため、油と水の間の表面張力を解消するのに役立ちます。一部は極性、一部は非極性です。その結果、洗剤は結合できます。このアクティビティでは、このプロパティの結果を確認します！

材料

• 蓋付きの透明なプラスチック製の水ボトル2本
• 2カップの水
• 2分の1カップの油（オリーブ油、調理油、植物油はすべて機能します）
• 液体食器洗い石鹸
• 時計またはタイマー
• 油性マーカー
• 計量カップ
• 計量スプーン
• 食品の着色（オプション）

準備

• ウォーターボトルからラベルをすべて取り除きます。
• マーカーを使用してボトルにラベルを付けます。最初の「オイル+水」と2番目の「オイル+」にラベルを付けます。水+石鹸。」ラベルはボトルの上部にできるだけ近づけて書いてください。
• 各ボトルに1カップの水を注ぎます。

手順

• オイル+水というラベルの付いたボトルに1/4カップのオイルを注意深く測定して注ぎます。水とオイルを観察しながら、ボトルをカウンタートップまたは平らな面に置きます。オイルはの底に沈みますか？ボトル、水の上に座るか、それとも混ぜますか？
• この手順を繰り返し、1/4カップのオイルをOil + Water + Soapというラベルの付いたボトルに追加します。オイルは底に沈みますか。水の上に置くか、水と混ぜますか？
• オイル+水+石鹸のラベルが付いたボトルに、大さじ3杯の皿石鹸を注意深く追加します。皿石鹸を追加するときにボトルを振らないようにしてください。
• ボトルのキャップが各ボトルにしっかりとねじ込まれていることを確認します。
• ボトルを両手で持ち、20秒間激しく振ってください。
• ボトルを下に置きます。たくさんの光のある平らな面に。
• 時計の時間をメモします。またはタイマーを10分に設定します。
• 各ボトルの内容を観察します。ボトルの中で何が起こっているのかがはっきりとわかるように、一度に1つずつ軽いものにかざしてください。ボトルを振ったときに何か変化はありましたか？混合物は両方で同じように見えますか？そうでない場合、それらの間で何が違うのですか？観察した違いをどのように説明しますか？
• 10分が経過した後、ボトルの中身を見て、変化に注意してください。各ボトルの油と水はどのように見えますか？油が水と混ざり合ったり、下に沈んだり、上に上がったりしましたか？
• 追加：水に食用着色料を加えて溶岩ランプ効果を得る
• 追加：歯磨き粉、ハンドソープ、シャンプーなどの他の種類の石鹸をオイルと混合してテストします。水。

観察と結果
このアクティビティでは、油と水を組み合わせて、食器用洗剤を追加するとこの混合物の特性がどのように変化するかを観察しました。まず、水に油を加えたとき、それらが混ざり合わなかったことに気づいたはずです。代わりに、石油は水面に層を作りました。これは、油は水よりも密度が低く、表面に浮くためです。オイル+ウォーターボトルを振ると、オイルが小さなビーズに砕けたのに気づいたかもしれません。しかし、これらのビーズは水と混ざりませんでした。オイル+ウォーターボトルを10分間置いた後、オイルと水がほぼすぐに再び分離し始めるのを観察するはずです。さらに10分後、ボトルには再び2つの異なる層がありました。

対照的に、オイル+水+石鹸のボトルを振ると大量の泡が発生しましたが、すぐに分離し始めるのではなく、混合物は曇った黄色でした。最終的に、油と水は再び2つの層に分離するはずですが、これらの層は、油と水のボトルの層よりもはっきりと曇っていないように見えるはずです。

2つのボトルの違いは、食器用洗剤を追加した結果です。オイル+水+石鹸ボトルへの洗剤。洗剤分子は、水分子と油分子の両方と結合を形成できます。したがって、油と水は技術的には互いに混合していませんが、食器用洗剤の分子は油と水の分子の間の架け橋として機能しています。その結果、ボトル内で油と水の分子が明確に分離されていません。代わりに、食器用洗剤を追加して作成したオイル、石鹸、水チェーンの結果として、曇った混合物が表示されます。

詳細
Goo-Be-Gone：オイルのこぼれのクリーンアップ、 ScienceBuddiesから
Make Your Own Lava Lamp、Scientific Americanから
The Chemistry of Clean：Make Your Own Soap to Study Soap Synthesis、from Science Buddies
Science Activities for All Ages！、from Science Buddies

このアクティビティはScienceBuddiesとの提携によりもたらされました