界面活性剤とは

界面活性剤とは、分子内に、水の性質を持つ部分と、油の性質を持つ部分と両方の性質を持っているものの総称で、ミセル、ベクシル、ラメラと言われる構造になる事で、極性物質の水と、非極性の油を混ぜる事が出来る。

界面活性剤とは

界面活性剤とは、水と油の仲人

水と油は、混じり合わない代表的なものです。水と油を同じ容器に入れて、よく拡販をしてしばらく置いておくと、上に油が、下に水がの状態になります。

この水と油の間の部分を”界面”と呼びます。一般的に、水は、極性物質と呼ばれています。一方で、油は非極性物質といわれ、通常の物質は、どちらかに属しています。

そして、極性物質同士、非極性物質同士それぞれは、混ざりやすいのですが、極性物質と、非極性物資は、混ざらないのです。

そして、この両方の性質を持っているものが界面活性剤と言われているものです。

界面活性剤は、極性物質、非極性物質両方の性質をを持っているためどちらにも混ざる事ができます。

そのため、普段混ぜる事ができない極性物質の代表である、水と非極性物質の代表である、油を混ぜることができるのです。

界面活性剤は、その機能を利用して洗剤として大量に消費されています。それ以外にも、食品や化粧品の乳化剤や保湿材として、重要な位置となっています。

また、界面活性剤は、構造の一部を変えることで性質が大きく変わることから、非常に多くの種類の界面活性剤があります。一方で、洗剤が川や海の汚染となって公害の原因となるのも否めません。

界面活性剤とは、ミセル構造で2つの物質を乳化させる。

溶媒物質に界面活性剤を混ぜていくと、最初は、界面活性剤が、溶媒表面に浮いた形でいる。この溶媒が、水なら、親油基が大気側を向いた形で存在しますが、界面活性剤の濃度をどんどん濃くしていくと、親油基を内側にしたミセル構造になります。

このミセルの内部は、外部環境とは、異なる物質を取り込むことができるようになります。そのため、界面活性剤が存在する事で、水と油のような、性質の異なる物質を混ぜることができるのです。

そして、このような現象を界面活性作用といいます。

このミセルができる濃度をCMC(臨海ミセル濃度)というが、これが、低いほど界面活性剤としての能力が高いといえます。この濃度を超えて界面活性剤を足していくと、ミセルの数量が増加して、最後には、ミセルの構造が玉状から、棒状にかわり、白濁したような液体にかわります。

界面活性剤とは、乳化・作用がある物質です。

水と油のように、混ざらない物質も、界面活性剤を添加する事で、白濁して、混ざる事ができます。この白濁した、物質をエマルションといいます。日本語で言うと、乳化です。

そのため、界面活性剤は、乳化剤としての名前もあります。液と液コロイドのエマルションは通常熱力学としては、非常に不安定なため、時間がたつと分離します。

一方で、CMC以上の濃度(水と界面活性剤の混合液)のものは、熱力学的には、安定しているため二層に分離する事は無い。そして、CMC濃度を超えると急激に可溶性能は、急激に上昇する。

界面活性剤とは、液体だけでなく固体も混ぜる事ができる。

液／液コロイド　では、さきほど、説明したように乳化という現象がおこります。一方で個/液コロイドでは、分散という現象がおきています。例えば、水にすすを入れて混ぜても、混ざる事はないですが、界面活性剤を入れてやることで、ミセルが形成されてすすを中心にして、ミセルが発生して、水の中で分散するようになります。

ミセルコロイドは、電気的に、反発する性質をもっているため、水の中に分散するようになります。分散の反対に凝集という現象があります。分散している、固体成分を集めてあげる方法です。先ほど説明しましたが、通常は、ミセルコロイド同士が電荷があるため、反発していますので、逆の性質のものをもってきてあげると、固体分散しているものが、凝集します。一般には、陽イオン性のポリマーや硫酸アルミニウムです。この凝集については、池の浄化、上下水道の、浄化等に使用される。

界面活性剤とは、起泡剤、消泡剤

気／液コロイドでは、界面活性剤の力で、泡が発生します。これを起泡といいます。これは、気体を薄い液膜でつつんだものですが、界面活性剤の親水基が水側、親油基が気体側をむいて並んでいる状態です。

通常泡は、泡沫がプラトー境界により、引っ張られる事で、出来た泡は、どんどん薄くなって、最後には、はじけてしまいます。しかし、イオン性界面活性剤の場合、液膜が薄くなっていくと、静電気による反発がおき、それ以上うすくならないため泡立つ現象がおきます。この現象は、洗剤は顕著ですが、アイスクリームや消化剤もその原理となっています。