ものを洗浄する化学
カメレオン先生分子の中に水が好きな部分と油が好きな部分の両方があることが、洗浄のすべての出発点だよ。
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- セッケンや合成洗剤の分子（新しいタブで開きます）は、水になじむ親水基と油になじむ疎水基を両方もつ形をしている。
- 疎水基を油に向け、親水基を水に向けて集まったミセルが油を取り囲み、水の中に散らす乳化を起こす。
- 硬水はカルシウムイオン（新しいタブで開きます）などが多く、セッケンと結びついて水に溶けない沈殿（新しいタブで開きます）を作るため泡立ちが悪くなる。
詳しく
セッケン・合成洗剤の分子の形
セッケンや合成洗剤の分子は、1本の長い分子の中に、性質の異なる2つの部分がある。水になじみやすい部分を親水基、油になじみやすく、水をはじく部分を疎水基という。
この分子を水に入れてかき混ぜると、疎水基どうしが内側を向き、親水基が外側を向いて水に接するように集まる。この粒をミセルという。ミセルの内側は、まるで小さな油の部屋のようになっている。
セッケンは油脂から作られる天然の洗浄剤、合成洗剤は石油などから人工的に作られる洗浄剤だが、どちらも親水基と疎水基をもつ分子の形は同じで、同じしくみで油を水に溶け込ませる。
例：油をミセルで包み込む乳化
食器についた油汚れに洗剤液をかけると、洗剤の分子の疎水基が油の表面に向かって集まり、油を取り囲むようにミセルを作る。ミセルの外側は親水基で囲まれているため、油を包んだまま水に混ざることができる。
本来、水と油は混じり合わないが、油がミセルに取り込まれて細かい粒になることで、水の中に散らばった状態になる。この現象を乳化という。乳化した油は水の流れとともに洗い流される。
ドレッシングを振って一時的に混ぜるのも乳化の一例だが、洗剤による乳化はミセルが油を水中に保ち続けるため、放置しても油と水が分離しにくい。
なぜ硬水でセッケンの泡立ちが悪いのか
セッケンの親水基は、水に多く含まれるカルシウムイオンCa²⁺やマグネシウム（新しいタブで開きます）イオンMg²⁺と結びつくと、水に溶けない沈殿を作ってしまう。これらのイオンを多く含む水を硬水という。
硬水でセッケンを使うと、分子の多くが泡を作る前に沈殿として使われてしまい、残りの分子だけでは十分な泡が立たない。合成洗剤はカルシウムイオンと結びつきにくい構造のものが多く、硬水でも泡立ちが落ちにくい。
分子の極性（新しいタブで開きます）のちがいを利用した工夫は、洗浄以外にも生かされている。水に溶けにくい油汚れを、水を使わずに分子の極性が油と似た有機溶剤に溶かして落とすドライクリーニングも、極性という考え方の応用だ。
確認問題
確認問題（解答用紙）
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/cleaning-and-detergent-chemistry/?from=print#quiz
セッケンや合成洗剤の分子がもつ、水になじむ部分と油になじむ部分の組み合わせはどれか。
- ◯ 酸と塩基
- ◯ 親水基と疎水基
- ◯ 酸化剤と還元剤
- ◯ 陽イオンと陰イオン
正解：親水基と疎水基
セッケンや合成洗剤の分子（新しいタブで開きます）は、水になじむ親水基と、油になじみ水をはじく疎水基を1つの分子の中にもつ。ミセルが油を水の中に取り込めるのはなぜか。
- ◯ ミセルが油を酸化して分解するから
- ◯ 親水基を内側に、疎水基を外側にして油を押し出すから
- ◯ 疎水基を内側に、親水基を外側にして油を包むから
- ◯ ミセルが油を中和して固めるから
正解：疎水基を内側に、親水基を外側にして油を包むから
洗剤の分子は疎水基を内側に向けて油を包み込み、外側の親水基が水に接することで、油を水の中に取り込む。硬水でセッケンの泡立ちが悪くなる理由はどれか。
- ◯ 水の温度が低く分子が動きにくいから
- ◯ 水の量が多すぎて薄まってしまうから
- ◯ 水が酸性に傾いているから
- ◯ カルシウムイオンなどと結びついて沈殿を作ってしまうから
正解：カルシウムイオンなどと結びついて沈殿を作ってしまうから
硬水に多いカルシウムイオン（新しいタブで開きます）やマグネシウム（新しいタブで開きます）イオンがセッケンの親水基と結びつき、水に溶けない沈殿（新しいタブで開きます）を作ってしまうため泡立ちが悪くなる。ドライクリーニングが水を使わずに油汚れを落とせる理由はどれか。
- ◯ 高温の蒸気で油を蒸発させるから
- ◯ 強い酸化剤で油を分解するから
- ◯ 強い圧力で汚れをはじき飛ばすから
- ◯ 油に似た極性をもつ有機溶剤に油汚れを溶かすから
正解：油に似た極性をもつ有機溶剤に油汚れを溶かすから
ドライクリーニングは、油と似た極性（新しいタブで開きます）をもつ有機溶剤に油汚れを溶かし出すことで、水を使わずに汚れを落とす。
単元のポイント
- 親水基と疎水基 水になじみやすい部分（親水基）と油になじみやすい部分（疎水基）を1つの分子の中にもつ構造
- ミセル 疎水基を内側、親水基を外側にして洗剤の分子が集まった粒。内側に油を取り込める
- 乳化 水に溶けない油が、ミセルに取り込まれて細かい粒になり、水の中に散らばること
- 硬水 カルシウムイオンやマグネシウムイオンを多く含む水。セッケンと結びつき沈殿を作るため泡立ちにくい