水と油が混ざらない理由はそれぞれの性質がかけ離れているためで、具体的には極性というものの有無が大きく関わっているぞ。今回は、そもそも物質が混ざるという現象のおさらいと共に、水と油の性質の違いを理系出身で化学に詳しいライター「ふっくらブラウス」と一緒に解説する。
ライター／ふっくらブラウス
機械系出身ライター。力学をはじめとする四力学や材料の物性について学んだ。塾講師時代の経験から、物理や化学の指導経験を複数もつ。
そもそも物質が混ざるってどういうこと？
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水と油がなぜ混ざらないのかに考えていくまえに、そもそも物質が混ざるとは科学的にどんな現象なのかおさらいしていきましょう。
混ざる（混合）という現象とは、簡潔に言えばある物質内に別の物質が微粒子として分散している状況のことです。分散している微粒子の大きさが一定値以下になると、溶解という現象として扱われます。
一度混ざったコーヒーとミルクが分離しないように、異なる物質は基本的に混ざっている状態が安定的で、混ざらず分離しているのは特殊な状態なんです。このことを示した法則をエントロピー増大則と呼びます。
逆に物質が混ざっていない状況とは、物質が微粒子として分散せず、大きな塊としてまとまってしまっているイメージです。
水と油が混ざらないのは分子間力が異なるから！
もし異なる物質は混ざっている状態が普通なら、水と油はどうして分離してしまうのでしょうか？この疑問のを解く鍵は、分子間力というものにあります。
分子間力とは、分子や原子といった物質を形作る微粒子の間にはたらく力です。世の中の物質は分子間力をはじめさまざまな力により、分子や原子が引きつけ合ってまとまることで形成されています。
すべての分子や原子の間にはたらいている引力は、分子間力の一要素です。引力はどんな物質でも誤差レベルの大きさなので、微粒子の分散にほぼ影響を与えず物質は混ざり合います。物質を形成する粒子は、自由に移動できる状態が一番安定するんです。
しかし、水と油の場合ではこのようにはいきません。実は、水分子の間には引力以外の力がはたらいており、水分子は互いに強く引きつけ合っています。水と油が混ざらないのは、水分子が強く引きつけ合ってまとまり、結果油が隅に追いやられているためなんですね。
水と油の表面張力と分子間力の関係
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分子間力に差があるために、水と油は2層に分離してしまいます。この状態が水と油にとって一番安定しているわけなんですね。
ここで、水と油の層にできる境界について考えてみましょう。このような異なる物質間にできる境界面を界面、特に空気と液体や固体との境界面を表面と呼びます。
界面付近の水分子については、水分子は互いに引きつけ合い、油とは反応しないので内側に引きつけられる状況です。このように界面は可能な限り縮もうとするので、その表面積が小さくなっていくことになります。
分子間力の作用により、界面の面積を小さくしようとしてはたらく力が表面張力（界面張力）と呼ばれる力の正体です。
空気中の水滴や水中の油滴が球状になっている理由も、表面張力がはたらいていることによります。
＼次のページで「水と油の違いはその極性にある」を解説！／
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