コロイド溶液とはどんなもの？ 性質や特徴をご紹介します！
コロイド溶液とは聞きなれない言葉ですが、私たちの身の回りにたくさん存在しています。今回は、このコロイド溶液の性質や種類についてご紹介しましょう。また、化学の実験などで「コロイド溶液」について学んだ方もいると思います。何だか難しいと思いませんでしたか？ しかし、コロイド溶液の作成や分離を応用したものは、料理や工業製品にたくさんあるのです。この記事を読んで、身近な化学変化についてぜひ学んでみてくださいね。
- コロイドとは？
- コロイド溶液の種類は？
- コロイド溶液の特徴
- コロイド溶液の特徴コロイド溶液の作り方は？
- コロイド溶液を分離する方法は？
1．コロイドとは？
コロイドとは、2種類の物質が混じる際に一方が直径1～100nm程度の大きさの粒子となって、もう片方に均一に混じる状態のことを指します。といっても、イメージがわかない方も多いでしょう。もう少し具体的に説明しましょう。砂糖や塩の粒は目に見えるほど大きいです。それを水に溶かすと粒が目に見えなくなります。これは、粒が分解して水の中に溶けこんでいるからなのですが、水の分子に比べて砂糖や塩の粒子はとても大きいのです。
このような状態をコロイドといいます。コロイド溶液とは、水分の中に粒子の大きな別の物質が溶け混んでいる状態のこと。粒子が大きいので、水の透過性が失われて不透明になるものが多いのです。
2．コロイド溶液の種類は？
では、コロイド溶液にはどのような種類があるのでしょうか？ この項で特徴とともにご紹介します。
2-1．自然現象
雲や霧は、空気中に水の粒子が均一に混じり合った状態です。水の粒子が大きいので、空気がさえぎられて不透明に見えます。霧の中に入るとしっとりとぬれるのは、雨よりも細かい水の粒子が空気中にたっぷりと含まれている証拠です。ちなみに、水の粒子が雲の中でくっつき合って支えきれずに落ちたものが雨になります。
2-2．食品
食品にはコロイド溶液がたくさんあります。先ほどご紹介した塩水や砂糖水もそうですし、牛乳もコロイド溶液です。牛乳は、水の中にタンパク質や脂肪の粒子が溶けこんでいます。ですから、乳白色なのですね。溶液というくくりを外せば、チーズやヨーグルト、さらに豆腐などもすべてコロイドになります。
2-3．工業製品
コロイド溶液の工業製品も、数えきれないほどあります。インクや燃料、さらに化粧品などもすべてコロイドになるのです。コロイドでないものを探す方がかえって大変かもしれません。
3．コロイド溶液の特徴
コロイド溶液は、粒子を溶かす媒体が液体のものを指します。さて、その粒子が溶け混んだ液体を加熱したり冷却したりすると流動性を失って固まるものもあるのです。一例をあげると、豆腐、卵の白身、寒天。寒天は、天草という植物を煮溶かしたものです。これを冷やすと固まって固体になります。逆に卵の白身は、熱を加えると固まるのです。
流動性を保ったままのコロイド溶液を「ゾル」。固体になってしまったコロイド溶液を「ゲル」といいます。「ゲル状の物質」という言葉を聞いたことがある方もいるでしょう。このゲル状の物質からさらに水分を抜いたものを、キセロゲルというのです。このキセロゲルは空気中にある湿度と結びつこうとする性質があります。この性質を利用したものが、乾燥剤の「シリカゲル」になるのです。
4．コロイド溶液の作り方は？
コロイド溶液の作り方は、とても簡単です。媒体となる水溶液に粒子を溶かすだけで完成します。しかし、そのままでは溶液の状態が安定しないというものもあるでしょう。一例をあげると、泥水です。泥を水の中にいれて激しくかきまわすと、水と混じり合って茶褐色の液体になります。しかし、かきまわすのをやめて静かにしていると、泥は水と分離して、下に沈んでしまうのです。この現象を「沈殿」といいます。
この沈殿は、水や砂糖、さらに牛乳などでも起こるのです。これでは、物質が安定しません。そのため、粒子をより細かくして、媒体となる水に混じりやすくする処置が行われることもあります。これを、「物質の均一化」、別名ホモジナイズというのです。ホモジナイズの一例をあげてみましょう。
私たちが飲む牛乳は、さらさらしていて水のようです。しかし、絞ったばかりの牛乳をおいておくと、表面に脂肪の膜がはります。これは、脂肪の粒子が大きいために起こる現象。飲む分には構いませんが、チーズやバターなどの加工食品を作るには不都合があります。そこで、牛乳をよくかき混ぜて脂肪やタンパク質の粒子を壊すことによって、水の中に均一に混じるようにするのです。
また、コロイド溶液をよくかき混ぜると、より舌触りが滑らかになりますね。これは、物質の粒子が壊されることにより、粒子が均一化するためです。料理をよくかき混ぜると滑らかになったような感じがするのは、錯覚ではありません。きちんと理由があることなのです。
5．コロイド溶液を分離する方法は？
では、混じり合ったコロイド溶液を分離したい場合はどうすればよいのでしょうか？ この項では、その方法の一例をご紹介します。
5-1．ろ過
ろ過とは、目の細かいものにコロイド溶液を通して媒体と粒子を分離する方法です。泥水を真水にするときは、細かいじゃりなど詰めたペットボトルに泥水をゆっくりとそそぐと、水と土に分離することができます。この目を細かくすればかなり細かい粒子でも取ることができるでしょう。最も手間がかからない方法でもあります。
5-2．沈殿
前述した沈殿も、簡単な分離方法のひとつです。特に、水に溶けにくい粒子を分離する方法として適しています。また水を例に出しますが、浄水の一番最初の過程が、沈殿による水とゴミとの分離です。また、水にこれ以上粒子が溶けきらないことを飽和といいますが、この飽和状態を超えた粒子だけを取りのぞくにも、沈殿は便利な方法でしょう。
5-3．遠心分離
遠心分離とは、コロイド溶液を高速で回転することにより、粒子と媒体に分離する方法です。水に溶け混んだ粒子と媒体となった水の分子では、重さが異なります。ですから、振り回すと重いものは下に沈み、軽いものは浮き上がるのです。この性質を利用してタンパク質と水分など分離が難しいものを分けたりすることもできるでしょう。化学の実験などでも、遠心分離器にコロイド溶液をいれて分離する様子を観察することもあります。食品から工業製品まで、幅広く利用されている分離方法です。
おわりに
今回は、コロイド溶液についてご紹介しました。コロイド溶液を利用した料理や工業製品がたくさんあることが、ご理解いただけたと思います。また、コロイド溶液の仕組みを理解していれば、よりおいしい料理や高品質の工業製品を作ることも可能でしょう。
より高品質のコロイド溶液を作る製品や、媒体となる物質もたくさんあります。たとえば、界面活性剤を使えば水と油といった本来ならば混じり合わないはずの溶液同士を混じり合わすこともできるのです。油と水を使ったコロイド溶液といえば、ドレッシングがあげられます。
このドレッシングはよく振ることで、油の粒子を一時的に壊して水と混ぜ合わせることができるのです。しかし、このままではやがて分離してしまうでしょう。そこで、界面活性剤の役割を果たす卵を混ぜると、状態が安定します。この仕組みを利用した調味料がマヨネーズです。このほかにも、水分と油分を混ぜたエマルジョン燃料などもよく知られています。