せっけんとミセル：汚れを落とすしくみSoap and Micelles: How Soap Removes Dirt

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. せっけん分子が油の汚れに近づくと、頭(親水基)と尾(疎水基)のどちらを油に向けると思いますか。水面ではどちら向きに並ぶでしょうか。When a soap molecule comes near an oily stain, which end do you think it points toward the oil: the head (hydrophilic part) or the tail (hydrophobic part)? Which way will molecules line up at the water surface?💡 「親水」「疎水(親油)」という名前が、それぞれ何となじみやすいかを表しています。The names "hydrophilic" and "hydrophobic (lipophilic)" tell you what each part gets along with.
2. せっけんをたくさん入れても、かき混ぜなければ大きな油の汚れは小さな粒に分かれると思いますか。If you add lots of soap but do not stir at all, do you think the big oil drop will break into small droplets?💡 油を引きちぎるには何かの力(エネルギー)が必要です。せっけんの役目は何でしょうか。Tearing oil apart needs some kind of force (energy). What is soap's job?

2動かしてみようTry it

1. 最初の状態(せっけんの量 350個、かき混ぜの強さ 5.0、水温 25℃)でしばらく観察し、水面の分子の向き(尾が空気側)と、油滴に近づいた分子の尾が油にささる様子を確かめる。必要なら「一時停止」で止めて見る。In the starting state (Soap amount 350, Stirring 5.0, Water temp 25℃), watch for a while: check which way molecules face at the surface (tails to the air) and see tails stick into the oil drop when molecules come close. Use "Pause" to freeze the motion if needed.
2. 「かき混ぜの強さ」を 1.0 にして「リセット」し、約10秒観察する。次に 10.0 にして「リセット」し、下の表示の「油の粒」「ミセル」の数を記録する。Set "Stirring" to 1.0 and press "Reset", then watch for about 10 seconds. Next set it to 10.0, press "Reset", and record the numbers of "Oil droplets" and "micelles" in the readout below.
3. 「せっけんの量」を 50個、「かき混ぜの強さ」を 8.0 にして「リセット」し、約15秒待ってから「水ですすぐ」を押す。すすぎ後に流れ去った油の割合を読み取る。Set "Soap amount" to 50 and "Stirring" to 8.0, press "Reset", wait about 15 seconds, then press "Rinse with water". Read what percentage of the oil washed away.
4. 「せっけんの量」を 500個にして「リセット」し(かき混ぜの強さ 8.0 のまま)、約20秒待ってミセルの数を確認してから「水ですすぐ」を押し、流れ去った油の割合を比べる。Set "Soap amount" to 500 and press "Reset" (keep Stirring at 8.0). Wait about 20 seconds, check the number of micelles, then press "Rinse with water" and compare the percentage of oil washed away.
5. 「水温」を 5℃ と 60℃ に変え、表示の「速さ×(25℃比)」の値と分子の動きの速さの変化を観察する。Change "Water temp" to 5℃ and then 60℃, and watch how the "Speed × (vs 25℃)" value and the speed of the molecules change.

3確かめようCheck

1. かき混ぜの強さが 1.0 のときと 10.0 のときで、油滴はどうなりましたか。What happened to the oil drop with Stirring at 1.0 compared with 10.0?→ 1.0(3未満)では油滴は形が変わるだけで1粒のまま分かれなかった。10.0 では約10秒で30粒ほどに細かく分かれ、その半分ほどがミセルになった。油を分けるのはかき混ぜの機械的エネルギーである。At 1.0 (below 3), the drop only changed shape and stayed as one drop. At 10.0 it split into about 30 small droplets within about 10 seconds, and roughly half of them became micelles. It is the mechanical energy of stirring that splits the oil.
2. せっけんの量が 50個のときと 500個のときで、ミセルの数とすすいだ後の結果はどう違いましたか。How did the number of micelles and the rinse result differ between Soap amount 50 and 500?→ 50個では油は30粒ほどに分かれても分子が足りず、すべて「不完全」(点線の粒)でミセルは0個、すすいでも流出は0%だった。500個ではミセルが25個以上でき、すすぐと油の約8割(80〜90%)が水といっしょに流れ去った。With 50, the oil split into about 30 droplets, but there were not enough molecules, so all were "incomplete" (dashed circles), there were 0 micelles, and 0% washed away. With 500, more than 25 micelles formed and about 80-90% of the oil washed away with the rinse water.
3. 油が細かい粒に分かれても、「水槽の油」の割合はどうなっていましたか。When the oil split into small droplets, what happened to the "Oil in tank" percentage?→ すすぐまではずっと100%のままだった。油は溶けて消えるのではなく、小さな粒に分かれて水中に散らばる(乳化)だけである。It stayed at 100% until rinsing. The oil does not dissolve away; it just breaks into small droplets spread through the water (emulsification).
4. 水温を 5℃ と 60℃ にすると、分子の運動の速さはどう変わりましたか。How did the speed of the molecules change at 5℃ and 60℃?→ 25℃を1とすると、5℃では約0.74倍、60℃では約1.47倍になり、水温が高いほど分子が速く動いた。Taking 25℃ as 1, it was about ×0.74 at 5℃ and about ×1.47 at 60℃, so molecules moved faster in warmer water.

4考えようThink further

1. ミセルはなぜ水といっしょに流れ去り、包みきれていない油の粒は残ってしまうのでしょうか。Why do micelles flow away with the water while droplets that are not fully wrapped stay behind?→ ミセルは外側が親水基でおおわれているので、全体として水になじみ水中に散らばったまま運ばれる。包みきれていない粒は油の表面が水に直接ふれているため水になじまず、すすいでも残る。A micelle is covered with hydrophilic heads on the outside, so as a whole it mixes with water and is carried along with it. An incompletely wrapped droplet still has bare oil touching the water, so it does not mix with water and stays behind.
2. ミセルどうしが近づいても合体して大きな油滴に戻らないのはなぜでしょうか。また、食器洗いでスポンジでこすったりお湯を使ったりするのはなぜでしょうか。Why don't micelles merge back into a big oil drop when they come close? And why do we scrub with a sponge and use warm water when washing dishes?→ ミセルの外側の親水基は負の電荷をもつので、ミセルどうしは反発して離れる。こするのはかき混ぜと同じく油を細かく分ける機械的エネルギーを加えるため、お湯は分子の運動を速めて分子が油に届きやすくするためである。The hydrophilic heads on the outside of micelles carry negative charge, so micelles repel each other and move apart. Scrubbing adds mechanical energy that breaks oil into small pieces, like stirring, and warm water makes molecules move faster so they reach the oil more easily.

よくある誤解Common misconceptions

• 「せっけんは油を溶かして消してしまう」という誤解。油は細かい粒に分かれて包まれるだけで、量は変わらず(水槽の油は100%のまま)、すすぎの水といっしょに流れ去る。"Soap dissolves oil and makes it disappear." The oil only breaks into small droplets that get wrapped; its amount stays the same (Oil in tank stays at 100%) until it is carried away by the rinse water.
• 「せっけんさえ入れれば汚れは落ちる」という誤解。かき混ぜ(こする力)がないと油は分かれず、せっけんが少なすぎると粒を包みきれないため、どちらも必要である。"Just adding soap removes dirt." Without stirring (scrubbing), the oil does not split, and with too little soap the droplets cannot be fully wrapped, so both are needed.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)