らくらく化学実験_表面張力 単分子膜  

 すみに置けない墨流し

「実験テーマ」
墨流し作品をつくる

「実験概要」
墨流しは、古くは古今時代(10世紀初頭)にその記述があるという伝統芸術。同心円の模様を崩すと、再現不能の微妙な流れの紋様が現れる。小さいスペースでの渦と流れではあるが、これぞエントロピーのなせるワザ。大いなる自然との対面を楽しむべし。

「学習項目」
 @コロイド A単分子膜 B分子量
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「画 像」
左:墨汁と油を交互にさす
右:わざと乱れをつくる


「画 像」
左:不思議な紋様が現れる
中:ろ紙に写し取ってみた
右:ゆるキャラ「フナッシー」に挑戦したらしい
  






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「準備物」操作手順」WEB非公開
「注意事項」

1.  やり直す場合は容器に残った油を完全に洗浄してから行う。
2.  写し紙は引き上げたら、素早く新聞紙上に横にする。

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「参考画像」
左:和紙を使った三色の墨流し作品:福井県無形文化財福田忠雄さん作
右:尾形光琳の「紅白梅図屏風」


「画 像」
こちらはマーブリング。和紙に写し取ったものをラップ芯に貼り付けてみた。

「解 説」

1.  書道などで使われる墨は、油を燃やして得る煤(スス)と、動物の骨を煮詰めて得る「ニカワ(膠:にかわ)」を混ぜて練って作られる。ニカワは、動物の骨や皮膚組織の成分で、タンパク質(コラーゲンなど)を主成分とした物質であり、通常、ゼラチンとも呼ばれている。墨汁に溶けている墨であるが、墨(炭素)の粒子は疎水性のためそのままでは水に溶けないので、このニカワを混ぜて親水コロイドとして水中に安定させて、墨汁として使うことができる。ニカワのような親水コロイドが、疎水コロイドを包み込むようにして水中で安定させる働きをもつものを「保護コロイド」と呼ぶ。

2.  墨汁には誇るべき伝統芸術:墨流しは、水の表面張力の低下と墨の拡散、油脂の分子構造に関わる現象である。墨汁を滴下すると、墨汁に含まれているニカワが炭粒子を引き連れて表面に広がる。そこに油脂を加えると、分子内に持つ疎水基部分を上に向けて、単分子膜を形成しようとするので、表面に広がっていた墨汁の膜は、外側に押しやられてしまう。またそこに、墨汁を滴下しても、単分子膜がじゃまになって簡単には広がらないが、その中心に油脂を滴下すると、油脂はまた単分子膜となって広がろうとするので、墨汁部分も外側に追いやられる。この繰り返しにより、墨汁の黒と油脂の透明部分の同心円状の縞模様ができる。仕上げに、息を吹きかけたり、別の爪楊枝で軽くかき混ぜたりすることで、複雑な模様が形成されるという技法である。墨流しは、我が国においても千年以上の歴史を持つ伝統技法であり、平安期にはその記述があるという。日本の芸術の代表作のひとつとされる、尾形光琳の「紅白梅図屏風」には、見事な流れと波がデザインされて、再現不能の微妙な流れの紋様が、小宇宙のようでもあり、その深みに圧倒される。

3.  物質量等の計算に:油脂が水面で単分子膜を作る性質を利用すると、油脂の分子1個当たりの占める面積などを求めることができる。墨汁が外側に追いやられたところを方眼紙で写しとれば、広がった油脂の単分子膜の面積を求めることができる。油脂の分子量:M、秤りとった油脂の質量:〔g〕として、これをエタノール等に溶解させ、VmL〕用のメスフラスコに入れて調整した場合の油脂のモル数nn=m/Mであり、濃度C[mol/L]は、C=n/vより、C=(m/M)/(V/1000)_@となる。この濃度の溶液1滴の体積をv’mL〕とすれば、その1滴中に含まれる油脂のモル数nは、n’=C×(v’/1000)_Aとなる。実験では50100滴単位で全体量を出してから算出すると便利で、仮にx滴でymL〕になったとすれば、1滴の体積v’は、v’=y/xmL〕。さて、方眼紙に写し取った油膜の面積S〔p2〕から、油脂1分子当たりの面積(単位分子断面積)s〔p2〕を求めてみる。油膜の面積Sは、1分子当たりの面積s〔p2〕に水面に並ぶ分子の個数Nをかけあわせたものなので、S=s/N_B また、水面に並ぶ分子の個数Nは、油脂のモル数n’にアボガドロ定数NAをかけたものでもあるので、Nn’×NA_C 

Cの式を@ABで整理し直すと。

sSVMmv’ NA〔p2

    関連実験ページ:ただの炭ではすみません
    関連実験ページ:罪作りな炭つくり
    つれづれ化学草子:和紙の巻
    関連サイト:松脂を訪ねて

「演 習」
  1. 食用油(油脂)の一般的な構造を示しなさい。また、ステアリン酸の分子量を算出しなさい。
  2. 油脂は水面でどのように並ぶか?親水部と疎水部の違いがわかるように分子を表し、図説しなさい。
  3. 墨汁には膠(にかわ)が使われている。その役割は何か、説明しなさい。
  4. ステアリン酸を精評したら、0.12グラムであった。これをエタノール等に溶解させ、200ml用のメスフラスコに入れて調整した。100滴でちょうど35mlとなるピペットを使い、1滴を水面に滴下した。この場合、水面に広がり単分子膜を形成するステアリン酸分子の個数はいくつになるか、計算しなさい。
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編集:山田暢司