クエリ: 水を加えた片栗粉などに起こる、粉末固体粒子と液体からなる混合物が示す、異常な粘性を何という?
文章: ダイラタンシー ダイラタンシー(英: dilatancy)またはせん断増粘性(英: shear thickening)は、ある種の混合物が示す、遅いせん断刺激には液体のように振る舞い、より速いせん断刺激に対してはあたかも固体のような抵抗力を発揮する性質である。この現象が起こる物体をダイラタント流体、ダイラタンシー流体、せん断増粘流体(shear thickening fluid: STF)と言い、非ニュートン流体の一種である。イギリスの物理学者のオズボーン・レイノルズがこの現象を発見した。これに因み、レイノルズ現象とも呼ばれる。
文章: 摩擦 流体層の間に相対的な速度差があると、それを減少させるようなせん断力がはたらく。これによって流体内部で流れに対する抵抗力が生じることを粘性という。日常的には粘性は「濃い」「ドロッとしている」のように表現される。水は「サラサラ」としていて比較的粘性が低いのに対し、蜂蜜は「ドロドロ」であって粘性が高い。流体の粘性が小さいほど変形させたり運動させたりするのが容易である。 現実の流体は(超流体を除く)、せん断力に対して何らかの抵抗を示す。すなわち粘性を持つ。流体力学の理論では説明のために「理想流体」という概念が使われる。理想流体は粘性を持たず、せん断力に対してなんら抵抗を示さない。 流体摩擦もしくは摩擦抵抗とは、物体の周りを流れる流体と物体表面との相互作用から生じる抵抗力である。流体摩擦は抗力の式から導かれ、流速の自乗および物体の表面積に比例する。流体摩擦は物体周辺の境界層における粘性抗力から発生する。流体摩擦を低減するには、流体が周りをなめらかに運動できるような物体形状(エーロフォイル、翼型)を採用するか、物体の長さと断面積を可能な限り減らす方法がある。 文章: テンペラ ただ耐水性ではなく、亀裂を生じさせやすいので単体では殆ど用いない。添加物として、明礬と水と膠を混ぜて作るドウサ水(礬水/陶砂、戻り止め)や油(亀裂防止)などを加えて使用する。 文章: 焼結 互いに接触している粉末粒子は熱力学的に非平衡な状態にあり、表面の面積を減少する方向に物質の移動が起こり、粉末粒子間に結合が生じて緻密な物体となる。つまり焼結の駆動力は物質の表面が持つ自由エネルギーを最小にしようとする力、すなわち表面張力である。形状が凸形となっている部分から凹形となっている部分へ物質が移動することによって粒子間の接触面積が拡大し、粉末粒子間の接触面中心部付近から接触面周辺部へ物質が移動することによって粒子間の距離が短くなる。焼結は物質が移動する機構によって以下のように分類される。 文章: チキソトロピー チキソトロピーは、自然界に多くの例が見られる。例えば、粘土はチキソトロピーを示すことがある。蜂蜜も条件によりチキソトロピーを示すことがある。また関節の滑液など体内にも存在する。地震の際の地盤液状化も一部この性質による可能性はあるが、一般にはそうではなく土壌中の液体が砂粒と分離し流れる挙動として説明されている。応用例としては、ボールペンのインクなどがある(ゲルインクボールペン)。また、ある種の合金は一定の温度でチキソトロピーを示すため、完全に液体でない状態(静止していれば固体状)で成型する方法がある。また(人工物かどうかわからないが)ナポリにある秘宝「聖ヤヌアリウスの血」もチキソトロピーを示す液体ではないかといわれる。 文章: ワイセンベルク効果 レオロジーにおいて、ワイセンベルク効果(ワイセンベルクこうか、英: Weissenberg effect)とは、高分子濃厚溶液や高分子溶融体を始めとする非ニュートン流体の攪拌速度を上げたときに現われる振る舞いを指し、シュペッツレの生地に顕著に現われる。1947年にカール・ヴァイセンベルク(英語版、ドイツ語版)が同軸の二つの円筒の間に粘弾性の液体を入れ、内筒を固定して外筒を回転させた際に自由表面の内筒に近い部分が盛り上がることを発見したことに因んで名付けられた。 この現象は日常的にもタルト作りやケーキ作りの際に見ることができる。生地をミキサーにかけると、ボウルの中に留まらず攪拌棒をつたって登ってくる現象がそれである。生地の他にケチャップでも同様の現象が見られる。ケチャップをコップに入れて棒でかき混ぜると、ケチャップの表面は水平を保つのではなく棒を伝って登ってくる。この現象の原理は、生地やケチャップ、蜂蜜などの流体における非常に複雑な拡散物性に基く。この物性は特に「レオロジー的」な物性であるともいわれる。このような現象の説明には、ソフトマター物理学や化学、生物学などの分野にまたがる学際的な研究が必要とされた。 流体が攪拌時に盛り上がるどうかは、攪拌棒が足掛かりとして使えるかどうかに依存しない。マグネチックスターラーや容器の回転によって攪拌を行ってもこの種の流体は盛り上がりを示す。ただし、盛り上がりは低くなる。 文章: 硫酸水素ナトリウム 水酸化ナトリウムと硫酸の等モルを混合すると、硫酸水素ナトリウムと水が生成する。 また、塩化ナトリウムと硫酸を高温で混合することで、硫酸水素ナトリウムと塩化水素が生成する。 液体状の硫酸水素ナトリウムは、噴霧し、冷却することで固体の粒子状になる。副生成物である塩化水素は、水に溶かして塩酸とする。 文章: フッ素系界面活性剤 疎水基の分子間力が弱いため、フッ素を含有していない界面活性剤よりも表面張力が低い。10ppmの濃度でも水の表面張力を40mN/mまで低下させることが可能。C-F結合が安定な結合であるため、物理化学的にも安定である。 文章: ろ過 ろ過(ろか、濾過、過、英: filtration)とは、液体または気体に固体が混ざっている混合物を、細かい穴がたくさんあいた多孔質(ろ材)に通して、穴よりも大きな固体の粒子を液体または気体から分離する操作である。濾(さんずいに遠慮の「慮」。字義は「こし取る」)が常用漢字でないため、一般には「ろ過」と表記されることもあるが、交ぜ書きを避けるために、「過」という略字を用いて表記する専門家もいる。 ろ過は科学実験や化学工業などで用いられる操作であるが、家庭でろ紙を用いてコーヒーを入れたり、真空掃除機で吸った空気からゴミを分離するのもろ過の一種である。 液体混合物を通すための多孔質として、古典的には紙(セルロース)でできたろ紙(フィルター、英: filter paper)を使うことが多い。セルロースは最も一般的なろ紙の素材であるが、用途に合わせて種々のろ紙が開発・実用化されてきた。ろ過で使われる多孔質はより一般的にろ材(濾材、ろざい)と呼ばれる。 文章: 飴細工 「飴細工のような」もしくは「飴細工のように」という形容詞として、「見かけは華美だが中身を伴わないもの」「形には似ているが全く違うもの」または「高熱によって変形してしまったもの」という意味合いで比喩表現として使う場合がある。 文章: 気体 気体というのは、物質の集合状態のひとつであり、圧縮やズレに対する抵抗が小さく、膨張に対してはまったく抵抗を示すことなく無限に体積を大きくしようとし、体積も形も一定でない状態をこう呼んでいる。 気体は、物質の三態のひとつである。 純粋な気体を構成する粒子は、原子の場合(ネオンなどの希ガス)、同一種類の原子から構成される元素分子の場合(酸素など)、複数種類の原子から成る化合物分子の場合(二酸化炭素など)がある。混合気体は複数の純粋な気体が混じりあったものである。空気もそれ(混合気体)にあたる。 液体や固体との大きな違いは、気体を構成する粒子間の距離が大きい点である。気体粒子の相互作用は電場や重力場のある状態では無視できる程度であり、右図のようにそれぞれの粒子が一定の速度ベクトルを持つ。 文章: ろ過 ろ過とは、液体または気体に固体が混ざっている混合物を、細かい穴がたくさんあいた多孔質(ろ材)に通して、穴よりも大きな固体の粒子を液体または気体から分離する操作である。濾(さんずいに遠慮の「慮」。字義は「こし取る」)が常用漢字でないため、一般には「ろ過」と表記されることもあるが、交ぜ書きを避けるために、「過」という略字を用いて表記する専門家もいる。 ろ過は科学実験や化学工業などで用いられる操作であるが、家庭でろ紙を用いてコーヒーを入れたり、真空掃除機で吸った空気からゴミを分離するのもろ過の一種である。 液体混合物を通すための多孔質として、古典的には紙(セルロース)でできたろ紙を使うことが多い。セルロースは最も一般的なろ紙の素材であるが、用途に合わせて種々のろ紙が開発・実用化されてきた。ろ過で使われる多孔質はより一般的にろ材(濾材、ろざい)と呼ばれる。 一般に、ろ過をした後にろ紙上に残る固体を残渣、もしくはろ物(濾物、ろぶつ)、ろ紙を通過した液体をろ液と呼ぶ。空気をろ過して清浄にするためのろ材はエアフィルタと呼ばれる。また、ろ過とろ別(濾別、ろべつ)と混同されがちであるが、目的物がろ液中に溶存している場合はろ過、残渣中に残っている場合はろ別、という風に使い分ける。 文章: 液体 固体における原子/分子の拡散(または粒子変位)のメカニズムは、液体における粘性流と凝固の機構と密接に関連している。液体中の分子間の「自由空間」を使った粘度の説明は、常温で液相となる分子同士の「会合」が見られる液体を説明するために修正されてきた。様々な分子が集まって分子会合を形成するとき、それまで分子が自由に動き回っていたある範囲の空間を半ば固体のような系で取り囲む。したがって冷却されると分子の多くが「会合」し、粘度が増す。 粘度は有限の圧縮率を持つ液体では体積の関数とみなすこともでき、同様の議論は粘度への圧力の効果を説明するのにも使える。したがって、圧力増加に伴って粘度も上昇することが予測される。さらに体積は熱によって膨張するが、同時に圧力を増加して体積を一定に保てば、粘度は一定となる。 原子が平衡状態から非平衡状態に遷移するのにかかる平均時間を緩和時間と呼び、マクスウェルの気体分子運動論で最初に言及された。最も単純化した単原子分子の液体の場合、構造緩和 (structural relaxation) とは、液体に圧力がかかってより高密度でコンパクトな分子配置になる場合、あるいは逆に圧力が弱まって低密度な分子配置に変化する場合といった局所構造の秩序の度合いが変化することを指す。相互配向の転位と再配分に関わるため、体積(あるいは圧力)が変化し始めてから局所構造が変化するまで一般に遅れが存在する。そういったプロセスには一定の賦活エネルギーが必要であり、有限の速度でしか進行しない。過冷却液体がガラス転移点付近で不可逆な塑性変形による粘性の緩和を起こすのもこれが原因である。 文章: 界面活性剤 液/液コロイドでは乳化がみられるが、固/液コロイドでは分散 (dispersion) とよばれる現象がおこる。たとえば水にすすを加えても混ざることはない。しかし界面活性剤を加えるとすすを中心にミセルが形成され、水の中に散らばって安定となる。これはミセルコロイド同士が互いに電気的に反発するからである。墨汁や口紅・インクなどは分散を利用して、非水溶性の物質を水に溶かし込んでいる。また、洗剤の汚れをはがす作用は乳化・分散によるものである。 分散の反対を凝集(flocculation)といい、分散した固体粒子を集めることである。微粒子反発の要因は電気二重層(主に負電荷)の反発であるから、陽イオン性のポリマーや硫酸アルミニウムなどの多価金属塩が用いられる。一般的に1価より2価、2価より3価のほうが凝集能力が数十倍から数百倍高い(シュルツ・ハーディの法則)。ポリマーとしてはラテックスが有名である。凝集の主な用途は、上下水道の不純物の除去である。 文章: 液体 一般に液体と固体の基本的違いとして、固体がせん断応力に対して弾性的抵抗を示すのに対して、液体はそうではないという点が挙げられる。したがって液体の分子運動は縦波(フォノン)に分解でき、横波は非常に秩序立った結晶質の固体でのみ現れる。すなわち、単純液体はせん断応力という形で加えられた力に耐えることができず、力学的にそれに降伏し巨視的には塑性変形(粘性流)を起こす。さらに言えば、固体はせん断応力に対して局所的に変形するだけで全体の形が保たれるのに対して、液体はナビエ-ストークス方程式で表される粘性流となって大きく変形・流動する。この点が固体と液体の力学的な違いとされている。 しかし連続性についての観測によれば、横波は必ずしも固体のみで伝わるわけではなく、液体でも伝わると結論付けられる。通常の液体での実験でこの結論が確認できないのは、現代の音響学や光学の技法(超音波やレーザー)で得られる振動周期に対して液体中での横波の減衰が極めて素早く起きるためである。そのような条件下では、液体での横波は急激に減衰する。 それらの結論の検証には、単原子分子の液体やガラスの分子動力学法のコンピュータシミュレーションが使われ、短い波長では液体が横波を伝播できることが確認された。この粘弾性の振る舞いは波数が増加するにつれて液体の剛性が重要な要素になるという事実と結びついている。 文章: Retr0bright 過酸化水素は消防法第2条第7項及び別表第一第6類2号により危険物第6類(酸化性液体)に指定されている。 また、重量%で6%を超える濃度の水溶液は毒物及び劇物取締法により劇物に指定されている。 これにより濃度の高いものは一般の入手が困難であるため、酸素系漂白剤のみで製作する必要がある。 日本で市販されている酸素系漂白剤は主に粉末の過炭酸ナトリウムや液体の過酸化水素が主剤である。 過炭酸ナトリウムは水に溶かすと炭酸ナトリウムと過酸化水素に乖離する。粉末系の水溶液は弱塩基性のため、フェノール劣化には効果がない。 液体酸素系漂白剤には界面活性剤やテトラアセチルエチレンジアミン同等(パーヒドロキシルイオン供給元)の漂白活性化剤が含まれており、劇物のハンドリングを考慮すると液体の酸素系漂白剤を利用するのが望ましい。 なお、テトラアセチルエチレンジアミン(TAED)は一部の酸素系入れ歯洗浄剤(ポリデントなど)に含まれる。これを水に溶かして使用しても良いが、比較的高価である。 グリセリンは薬局で、キサンタンガムはスーパーの菓子材料コーナーや手作り化粧品コーナーで安価に入手できる。 なおキサンタンガムは一度に入れるとダマになりやすいので、混ぜながら少量ずつ入れ、粘性を適度に調節すると良い。