日別アーカイブ: 2026年10月20日

油と水が混ざらない理由ってご存知でしょうか？

これについて考えると、脱線もしていくと、化学の面白さに出会います。

私は廃油処理を行う上で、いつもどうやって処理効率を高められるか、油を精製できるかということの全体制御について考えています。実務的にはコード生成AIと戯れてPLCをいじって機械制御の方をしたいのですが、それはメーカーの問題や個人の趣向からして行動には移さないと思います。

 

高校化学をやっていない方は比重と言います。それだと不十分です。水溶性の油が不飽和であれば水と分離しにくいです。

高校化学をやっているとコロイド溶液を習ったときのことを覚えていれば、油が無極性分子で構成されており、水が極性分子だからと言えるかもしれません。

HSAB則からすれば、油は共有結合が強い（電子雲を分け合う）ソフトで水は水素結合が強い（電気的に引き付け合う）ハードだからとも言えます。

 

排水基準で油の含有量を検査するノルマルヘキサン抽出物質値測定も無極性溶媒にどれくらい溶けるかなので、両親媒性の洗浄剤も影響することがわかります。

センサーや測定器をつけて、何がどういう理由で検出されるか知っておくというのは重要です。

 

ちなみに、極性分子は電荷の偏りがある（分子全体の電荷の偏りには、電気陰性度の差と偏りを打ち消し合う分子の形をしているかが関係しています）、電子やイオンが自由に動き回れる条件が加えられれば導電性が生まれます。絶縁油って聞いたことあるでしょうか？　油は無極性で電荷の偏りがないので、自由に電子が動き回れず絶縁体になります（不純物が混ざっていたら、油は絶縁でも不純物が電気を通す可能性はあります）。

 

エマルション化（乳化）した廃油を見て、まず頭によぎるワードは、分子集合体です。これも高校化学でコロイド溶液を勉強した方はおなじみだと思います（ちなみにホットミルクの水面膜はラムスデン現象で、廃油も熱を加えると不純物などによって同現象が起こります）。

色が見えるということは可視光を吸収しているということです。炭素鎖だけを考えれば、共役二重結合の存在を疑うことができます（軌道電子のエネルギー準位が下がるので(ry、無極性分子内に共役二重結合があると(ry…）し、共役系の長さも意識します。

弊社の処理設備では分画分子量（どの程度の分子量サイズを通さないか）という言葉がキーワードのひとつになりますが、結果的に有色液の分子量サイズとの関連性を考えることになります（溶媒、両親媒性など複合的に考えていきます）。実際ＵＦ膜を透過した液体はほぼ無色です。

 

UF膜を通らない分子集合体ということは、分子どうしが力を影響し合っているということです。これのひとつがvan der Waals力で、

無極性どうしのLondon分散力、

双極子どうし自由回転のKeesom配向力、

双極子と無極性 自由回転のDebye誘起力

を考えることになります（数式は同種原子間かどうかで少し変わります）。

つまり、非常に弱いとはいえ、油分子と水分子の間にもDebye誘起力が働いています。

 

とはいえ、実際、分子どうしが近づけば、電子間や原子間での斥力がこれらより強く働くいており、総合して簡便に表すと、というLennard-Jonesポテンシャルが分子間力式として用いられます（力の距離積分がポテンシャル（エネルギー）なので便宜上力を表す際に置き換えて考えることがあります）。
斥力が距離の12乗に反比例し、引力が距離の６乗に反比例することがすぐに分かります。

これはあくまでも２原子間であり、多原子間になるとベクトル方向など複雑性を増していくことは直感的に分かると思います。

 

ひとつ考えれば、いろんなことが目移りし、同時にいろんなことが同時に学べます。
さて、どんどん水と油の世界に沼っていきますか？

一旦、筆をおいて、また気が向いたら加筆修正していきます。