Why don't oil and water mix? - John Pollard

翻訳: Akiko Kawagoe 校正: Tomoyuki Suzuki

Why does salt dissolve in water but oil doesn't?

なぜ塩は水に溶けるのに 油は溶けないのでしょうか？

Well, in a word, chemistry,

ひと言で言えば 化学のなせるわざです

but that's not very satisfying, is it?

でも それでは納得できませんよね

Well, the reason salt dissolves and oil does not

塩が水に溶けて 油が水に溶けない理由は

comes down to the two big reasons

２つの大きな要因に行き着きます

why anything happens at all:

様々なことが起こるのは

energetics

エネルギー論と

and entropy.

エントロピーによるのです

Energetics deals primarily

エネルギー論は 主に

with the attractive forces between things.

物質間の引力を扱います

When we look at oil or salt in water,

水の中の油や塩を見るとき

we focus on the forces between particles

私たちは 粒子間の力に焦点を当てます

on a very, very, very small scale,

本当に ものすごく非常に小さい尺度

the molecular level.

分子レベルの話です

To give you a sense of this scale,

この尺度のイメージを掴んでみましょう

in one glass of water,

グラス１杯の水には

there are more molecules

宇宙にあるとされている星の数よりも

than known stars in the universe.

多くの分子が存在します

Now, all of these molecules are in constant motion,

さて これら全ての分子は

moving, vibrating, and rotating.

常に動き 振動し 回転しています

What prevents almost all of those molecules

これらのほぼ全ての分子が

from just flying out of the glass

グラスから飛び出さないのは

are the attractive interactions between molecules.

分子間に働く 引力相互作用のおかげです

The strength of the interactions

水分子同士や 水と他の物質との間に働く

between water, itself, and other substances

この相互作用の力が

is what we mean when we say energetics.

私たちが言うところの エネルギー論にあたります

You can think of the water molecules engaging

水分子は 絶えず

in a constant dance,

スクエアダンスのようなものを

sort of like a square dance

踊っており

where they constantly and randomly exchange partners.

そこで常にランダムにパートナーを 取り替えていると考えることができます

Put simply, the ability for substances

要するに

物質が水分子に作用する力は

to interact with water,

balanced with how they disrupt

物質による水分子の擾乱と

how water interacts with itself,

水分子同士の相互作用との 均衡関係によって

plays an important role in explaining

大きな違いが もたらされており

why certain things mix well into water

ある物質は水によく混ざり 他の物質は混ざらない理由の

and others don't.

説明となっています

Entropy basically describes

エントロピーは 基本的に

the way things and energy can be arranged

ランダムな動きによって 物質やエネルギーが

based on random motion.

配置される様を表しています

For example, think of the air in a room.

例えば 部屋の中の空気を考えてみましょう

Imagine all the different possible arrangements

空間にある 空気を構成する何兆もの粒子の

in space for the trillions of particles

起こりうる全ての配置を

that make up the air.

想像してみましょう

Some of those arrangments

いくつかの配置では

might have all the oxygen molecules over here

全ての酸素分子が こちら側に

and all the nitrogen molecules over there,

全ての窒素分子が そちら側に 集まり

separated.

分かれるかもしれません

But far more of the possible arrangements

しかし 可能性がはるかに高いのは

have those molecules mixed up with one another.

これらの分子が互いに混ざり合う配置です

So, entropy favors mixing.

つまり エントロピーは混合を好むのです

Energetics deals with attractive forces.

エネルギー論は 引力を扱います

And so, if attractive forces are present,

そして 引力が作用する場合に

the probability of some arrangements

確率が高まる配置があります

can be enhanced,

the ones where things are attracted to each other.

それは 物質が互いに引き合う配置です

So, it is always the balance of these two things

いつでも２つの物質間のバランスが

that determines what happens.

何が起こるかを決めるのです

On the molecular level,

分子レベルでは

water is comprised of water molecules,

水は水分子から構成されており

made up of two hydrogen atoms and an oxygen atom.

水分子は 水素元素２つと 酸素元素１つから成ります

As liquid water, these molecules are engaged

液体の水の場合 これらの分子は

in a constant and random square dance

絶えず ランダムなスクエアダンスを 踊っています

that is called the hydrogen bonding network.

これは 水素結合ネットワークと 呼ばれています

Entropy favors keeping

エントロピーは 常に

the square dance going at all times.

スクエアダンスを踊り続けるよう促します

There are always more ways

全ての水分子を配置する方法は

that all the water molecules can arrange

いつの場合でも

in a square dance,

スクエアダンスの場合の方が

as compared to if the water molecules

ラインダンスの場合よりも

多くあります

did a line dance.

So, the square dance constantly goes on.

だから スクエアダンスが ずっと続きます

So, what happens when you put salt in the water?

さて 水の中に塩を入れると 何が起こるでしょうか

Well, on the molecular level,

分子レベルでは

salt is actually made up of two different ions,

塩は実際２つの異なるイオン ―

chlorine and sodium,

塩素イオンと ナトリウムイオンから成り

that are organized like a brick wall.

レンガの壁のようになっています

They show up to the dance

ダンスに現れる時は

as a big group in formation

大きなグループとなり

and sit on the side at first,

初めは端に座っています

shy and a bit reluctant to break apart

シャイで 別々に分かれてダンスに参加するのを

into individual ions to join the dance.

ちょっと嫌がります

But secretly, those shy dancers

でも シャイなダンサーたちは 内心では

just want someone to ask them to join.

誰かからダンスに誘われたいと 思っています

So, when a water randomly bumps into one of them

そこに 水がランダムにぶつかってきて

and pulls them into the dance away from their group,

塩のイオンをグループから引き離して ダンスに引き込み

they go.

踊りに行きます

And once they go into the dance,

塩のイオンは いったんダンスを始めると

they don't come back out.

戻ってきません

And in fact, the addition of the salt ions

それどころか 塩のイオンをさらに加えると

adds more possible dance positions

スクエアダンスの取りうる 配置の方法が

in the square dance,

さらに増えるため

so it is favored for them to stay dancing with water.

水と踊り続けるのを好むのです

Now, let's take oil.

次に油を見てみましょう

With oil, the molecules are sort of interested

油の分子は 水とダンスすることに

in dancing with water,

少しは興味があって

so entropy favors them joining the dance.

エントロピーは 油がダンスに参加するよう促します

The problem is that oil molecules

問題は 油分子が

are wearing gigantic ballgowns,

壮大なドレスを身に着けており

and they're way bigger than water molecules.

水分子よりも はるかに大きいことです

So, when an oil molecule gets pulled in,

だから 油分子が踊り始めると

their size is really disruptive to the dance

その大きさのせいで ダンスや

ダンスの一番の見せ場となる

and the random exchange of partners

that the waters engage in,

水が行う ランダムなパートナーチェンジの

a very important part of the dance.

邪魔になります

In addition, they are not great dancers.

それに 油分子は ダンスが得意ではないのです

The water molecules try to engage

水分子が油分子を

the oil molecules in the dance,

ダンスに引き込もうとしても

but they just keep bumping into their dresses

油分子はただドレスをぶつけるだけで

and taking up all the room on the dance floor.

ダンスフロア全体を占領してしまいます

There are way more ways the waters can dance

油がダンスフロアから降りれば

when the oil gets off the floor,

水は 様々な配置でダンスを踊れます

so the waters squeeze out the oil,

そこで水は 油を追い出し

pushing it back to the bench with the others.

仲間のいるベンチに押し戻します

Pretty soon, when a large number of oils

端に追いやられるとすぐに

have been squeezed over to the side,

たくさんの油たちは

they band together to commiserate

一緒になって慰め合い

about how unfair the waters are being

水分子がいかにアンフェアだったかを話し

and stick together as a group.

仲間同士として集結します

So, it is this combination

つまり この組み合わせ ―

of the interactions between molecules

分子間の相互作用と

and the configurations available to them

ランダムに動いている時の

when they're moving randomly

可能な配置の数によって

that dictates whether they mix.

それらが混ざり合うかどうかが 決まるのです

In other words, water and oil don't mix

つまり 水と油が混ざらないのは

because they just don't make great dance partners.

彼らは ただお互いに 良いダンスパートナーになれないからです