雑学

ゴムはどうして伸び縮みするのか

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ゴムはどうして伸び縮みするのか

ゴムは固体なのに軟らかく、押せばへこみ、引っ張れば伸び、しかも引っ張るのをやめればもとの形に戻る。一体どうしてゴムはこのような性質をもっているのだろうか。ゴムはイソプレンという分子が多数つながりあった、ポリイソプレン分子からなる天然高分子である。ポリイソプレン分子は、炭素原子で成立しているジグザグの鎖を骨格とした構造をしている。

炭素原子には、炭素原子同士がいくつもつながった長い構造を作ることができるという特徴がある。木炭、グラファイト、ダイヤモンドは、炭素だけがつながってできたものだ。炭素原子はほかの原子とつながるときに、平面的につながるのではなく、立体的に結合する。炭素原子が立体的結合をつくるという性質により、ポリイソプレン分子の炭素の骨格はジグザグ構造を持つことができるが、この構造が伸びたり縮んだりする仕掛けを持っているのだ。

ゴムはこの骨格をもつ長い分子が何本も絡み合って成り立っているのである。通常のゴムは加硫ゴムである。これは生ゴムに硫黄を加えて加熱し、弾性度を与えたもの。絡み合っている長い分子と分子のところどころを、硫黄分子で十分に結び付けて束ねているのである。つまり、硫黄が交錯するゴムのつなぎの役割をはたしているのだ。

ゴムを引くと個々の分子のジグザグ構造が伸び、絡み合っていた分子が並んだ状態となるが、引くのをやめるともとの構造に戻る。これは、ゴムの骨格構造を形成する炭素原子結合のそれぞれが回転して伸びた状態を作り出し、引く力がなくなるともとの交錯状態に戻るからなのである。

どうして塩水には物が浮くのか

氷は水に浮くのに、アルコールに入れた氷は沈んでしまう。これは何故だろうか。答えは、水の密度が氷よりも大きく、アルコールに入れた氷が沈むのは、アルコールの密度が氷の密度よりも小さいからだ。わたしたちが泳ぐ時も淡水に比べて海水のほうが浮きやすい。淡水と比べると、海水の密度のほうが二~三パーセント大きいからだ。

次のような実験をしてみると面白い。まず同じ大きさの鉄の玉、パラフィンの玉、発泡スチロールでできた玉の三つを用意しよう。そして空き瓶を用意して半分にまで水を注ぎ、そのなかに前述の三つの玉を入れる。すると鉄の玉は沈むが、パラフィンと発泡スチロールでできた玉は浮かぶという現象が起こる。ここで、植物性の油を瓶に注いでみよう。植物油は水より軽いので水より上に油の層ができ、油と水の境界線がはっきりとみえる。パラフィンの玉はその境界線上に、下部を水中、上部を油中にして静止するのである。

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