化学

ゴムはなぜ伸び縮みするの?

なぜゴムは伸び縮みするの?エントロピー弾性とゴムが伸びる原因

伸び縮みする物体といえばまず最初に思い浮かぶのはバネとゴムではないでしょうか?でもなぜゴムが伸び縮みするのか?と聞かれたらそれを答えるのは難しいのではないでしょうか?ゴムは自分の全長の数倍も伸びた後、元の状態に戻ることができるとても面白い物体です。このような伸び縮みする理由なんでしょうか?

ゴムが伸び縮みする秘密は材料にあった!

ゴムが伸び縮みする理由は、ゴムを作っている分子の構造に秘密があります。

天然ゴムなどのゴムの材料はイソプレンと呼ばれる共役した炭化水素類からなる分子です。このイソプレンは重合によっていくつも結合すると長い鎖状の分子「ポリイソプレン」を作ります。しかしこのポリイソプレンはそのままでは引っ張って伸びてももとには戻らずそのままで、私達が普段目にしているゴムのような弾性はありません。

加硫重合イソ加硫重合イソプレン

しかしそこに硫黄が入るとイソプレン鎖の間に硫黄の架橋がはいります。これによってイソプレン鎖が網目状になります。この硫黄の結合は炭素同士の結合と比べて自由度があるため、自由に動くことができます。

網目構造が弾性の秘密!

ゴムが縮んでいる時はポリイソプレンは不規則に配置しています。このポリイソプレンは常に振動して動いている状態になっています。隙間がたくさんあるので直線状になったり折れ曲がったり自由に動けます。

なぜゴムは伸び縮みするの?エントロピー弾性とゴムが伸びる原因この縮んだゴムを伸ばすと不規則な状態からより整列した状態に変化します。引っ張られている時はゴムの分子がとりうる形は直線状など一部の形しかとれなくなります(エネルギーが大きい)。そのため引張りをやめたらもとのゴムが縮んだ状態にもどります。このような現象はエントロピー弾性とよばれています。

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こめやん
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こめやんは理学博士です!化学の面白さと学ぶメリットを少しでも伝えるために日々頑張ります! ツイッターにて疑問点や依頼などを募集しています! 論文の和訳やレポートのチェックなどでもお気軽にお待ちしております

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