hirax.net::Keywords::「溶液」のブログ



2000-10-13[n年前へ]

Plin Limark  share on Tumblr 

ムードスティックの秘密

 五年くらい前に、こんな口紅がアメリカみやげとして流行ったらしい。塗ると、色の変わる口紅である。下の写真はCOSMOCOSMETICS(http://ferity.com/)のMOOD LIPSTICKという名前のやつだ。あなたの気分次第で口紅の色が変わる、という謳い文句の口紅である。
 

COSMO COSMETICSのMOOD LIPSTICK

 気分次第で唇の色が変わってしまったら、それは気分じゃなくて体調が悪いんじゃないかとか考えてしまうが、気分次第で口紅の色が変わるくらいだったらそれは面白いのだろう。もっとも周りの人にこの口紅について聞いてみると、おみやげとしてはよくもらったけれど実際に使ったことはないというから、やはり単なる「面白グッズ」なのかもしれない。

 さて、このMOOD STICKを使った様子を見てみよう。例えば、この黄色・緑・青・黒の四色の口紅を適当な白い紙の上に塗ってみると、とたんに色が変わる。下の写真が、それぞれの口紅を紙の上に塗って色の変化する様子を見てみたところだ。黄色の口紅はピンクっぽい色に変わっているし、緑色の口紅はマゼンダっぽい色になっている。青色や黒色の口紅も感じとしてはマゼンダっぽい色に変わっている。
 

適当な白い紙の上に口紅を塗ってみた

 もっとも色が変わる様子はケースバイケースであって、例えば手元にあったティッシュペーパーなんかに塗ってみると、確かに色は変わっていくのだがずいぶん時間がかかる。

 この色の変わる仕組みは一体どうなっているのだろうか?周りの男性と、「口紅を塗るときに厚さが変わると、それで色の見え具合が変わるんじゃないの。」とか、「この口紅の成分は実はカプセル状のものになっていて、塗りつけられるときの圧力でそのカプセルが壊れて中から出てくるもので色が変わるんじゃないの。」とか、「大体、唇に塗れる色材には、そんなに色が変わるようなへんな材料は使えないだろう?」などと不毛な話をしていた。

 ところが、女性がこの話を聞くとすかさず「pHで変わるんじゃないの。」と言った。なるほど、確かに酸性かアルカリ性かで色が変わる材料なら身の回りに溢れているし、食材にだっていっぱい含まれているから安全性もお墨付きだ。しかも、体調次第で皮膚表面のpHも変わるだろうから、「あなたの気分次第で口紅の色が変わる」というのもあながち嘘でないと言えるだろう。

 そこで、それを確認すべく私はトイレにかけこみ、化学兵器を持ち出した。それがこれ、酸性溶液サンポールアルカリ性溶液ドメストである。
 

アルカリ性溶液ドメストと酸性溶液サンポール

 白い紙にMOOD LIPSTICKを塗った後に、その口紅の上にサンポール水溶液とドメスト水溶液をふりかけてみた。その様子が下の写真である。ちなみに、ここで使った白い紙では、紙の上に塗った段階では口紅の色はあまり変わらなかった。

 さて、下の写真では、上から青、緑、黒、黄色の口紅を塗ってあり、向かって左の青線で囲まれた範囲にはアルカリ性溶液ドメストを振りかけ、右の赤線で囲まれた範囲には酸性溶液サンポールを振りかけてみた。
 

紙にMOOD LIPSTICKを塗った後に、サンポールとドメストをかけてみたところ
上から青、緑、黒、黄色の口紅を塗ってある。

 すると、見事なまでに色が変わる。アルカリ性溶液ドメストをかけた部分はマゼンダ色に変化し、酸性溶液サンポールを振りかけたところは青、緑、黒、黄色のままである。何もかけないところの色も青、緑、黒、黄色であるところを見ると、この白い紙は酸性紙なのだろう。口紅を紙に塗る時に、紙によって発色が違うのも酸性紙か中性紙かとかそういうことで違いがでるのなら、それはとても自然である。

 さて、口紅の色が変わる様子をよ〜く見ていると、2種類の材料が個別に発色しているように見える。どうも文才の様子が違うようで、それが判るのだ。結局、一番下の黄色の口紅の場合で言うと、次の表に示すようになっているようである。確かに、こういう複数の色材の組み合わせの方が楽だし安全なのだろう。
 

アルカリ性酸性
色材 A無色黄色
色材 Bマゼンダ無色
全体での発色マゼンダ黄色

 少なくとも私は、有色から有色へ変化する材料って口にするには、何かイヤな気がする。それが、有色→無色や無色→有色ならまだマシな気分である。

 ところで、人間の皮膚は弱酸性だから、何かこの発色だと実際に皮膚に塗ったときの発色(基本的にはピンク・マゼンダっぽい色になる)と逆になってしまうように思えるが、それは次回以降(果たしてそんなのがあるかどうかは大いに疑問であるが)で気にすることにして、今回はそんな細かいことは気にしないことにしよう。とにかう、MOODLIPSTICKの秘密は複数材料がpHで色が変わるところにあって、それは簡単に言うなら格好いいリトマス試験紙みたいなものなのである。

 参考までに「色が変わる口紅」の特許も調べてみた。下に示すのが二つのUSP(UnitedStates Patent = アメリカ合衆国の特許)である。上に示してあるのが「pHで色の変わる化粧品」で、下に示したのが「カプセル式の色材を使って、塗るときに色が変わる化粧品」である。さっきの雑談の中で出てきた「この口紅の成分は実はカプセル状のものになっていて、塗りつけられるときの圧力でそのカプセルが壊れて中から出てくるもので色が変わるんじゃないの。」というのもあながち嘘八百ではなかったようである。
 

二つの「色が変わる口紅」の特許
pHで色の変わる化粧品
カプセル式の色材を使って、塗るときに色が変わる化粧品

 「pHで色の変わる化粧品」の方の中身をみると、色材がpHによって色が変わるようすが示されている。
 

色材がpHによって色が変わるようす

 また、実験をした後にインターネットで資料を探してみると、

に"How do mood lipsticks work? "という項があって、MOOD LIPSTICKに関しての説明があった。興味のある人は読むと面白いと思う。

 さて、このムードスティックを調べていて、ある友人から聞いたとある話話(実話)を思い出した。その話はアラン・ドロン演じる青年が犯罪を行い、それを隠し通そうとする姿を描いた「太陽がいっぱい」- Plein soleil - によく似ている話だった。

 彼は結婚していたが、ある晩他の女性と会った後に家に帰ろうとしていた。ところが、彼は帰宅直前に自分のワイシャツにピンク色の口紅が付いていることに気付いた。いつその口紅が付いてしまったか、心当たりがあった彼は狼狽した。そして、結局彼は駅のトイレに入って、何とかそのピンク色の唇マークが見えないようになるまで、ワイシャツを石鹸を使ってきれいにした。

 その晩、家に帰ってから彼は無事妻には何も気付かれないまま、ワイシャツを洗濯機に入れて寝てしまった。そして、次の朝彼が会社へ出かけたあと、彼の妻はいつものように洗剤と漂白剤を使ってワイシャツを洗った。そして、ワイシャツを外に干した。

 ところが、ワイシャツを洗うのに使った漂白剤のせいか、それとも洗剤のせいか、あるいは日光のせいか、何が原因だったのかは判らないがワイシャツの表面で徐々に何かの反応が起こった。もしかしたら、漂白剤で酸化されて逆に発色してしまいうような材料が入っていたのかもしれない。とにかく、彼のワイシャツの上では、昨夜と同じ口紅のあとが同じ形で、だけど色だけは違う青色となって姿を現し始めていた。

 太陽が高くなる頃には、そのワイシャツは日に照らされながら鮮やかな青い唇マークをはっきりと浮かび上がらせていた。その頃同じく太陽の光を浴びていた彼は、彼の秘密がもうすぐばれることをまだ知らない。
 

2004-03-07[n年前へ]

寄せて上げる「流体レンズ」  share on Tumblr 

 屈折率の異なる導電性の水溶液不導体を容器に封印し、印加する電界でその境界面の形状を帰ることで自由に焦点距離を変えることができる「FluidFocusレンズ

 なにげに面白かったのが、このスラッシュドットのコメント。重力でレンズが「垂れて」しまうかも、というコメントである。なんで、流体レンズでhirax.netにリンクが?と思ったら、水風船バストモデルで重力の影響を考えた「バスト曲線方程式」にリンクが張られていた。なるほど、確かに流体レンズも水風船バストそのものに違いない。

 とはいえ、携帯電話のレンズというようなサイズであれば、つまりは小さな小さな携帯電話のレンズサイズの微乳(小胸さん)レンズであれば、力のオーダー的にはそれほど垂れないのかも。とはいえ、一眼レフのカメラのレンズのようなサイズ、つまりは巨乳レンズサイズになると、さすがに「寄せて上げ」ないと垂れてしまうように思えるけれど。

2004-11-07[n年前へ]

「コーラの科学」と「ナニワのオカン」  share on Tumblr 

「沈むコーラ」と「浮かぶコーラ」

「水槽に沈むコーラ」と「水に浮かぶダイエット・コーラ」

 今年の夏はずいぶんと暑く、真夏日が一月以上続いた。そのため、ソフト・ドリンク類の売り上げが昨年の二倍近く売れたコンビニなども多かったようだ。家の近くのコンビニで、汗をかいた後に、スポーツ飲料や冷たいビールを買って、そしてゴクゴクと飲み干していた人たちも多かったかもしれない。あるいは、夏のキャンプ先で、川の畔の水中にドリンクの缶を沈め、いつの間にかキリリと冷えたビールやジュースを味い楽しんだ人たちもいることだろう。それとも、夏祭りの夜店の水槽の中に沈んでいるジュースを買ってもらって飲んだ子供たちも多いだろうか。

 ところで、「川の水や夜店の水槽の中にドリンクの缶を沈めて、ドリンク缶を冷やした」と何気なしに書いた。しか、し「水槽の中にドリンクの缶を沈めて」というからには、当然ドリンク缶は水よりも重いということになる。ドリンクの缶が水の中でブクブクと沈んでいるからには、それらの缶というものは水に浮かぶことができない「カナヅチ」でなければならないはずである。とはいえ、「カナヅチ」でなければならないはずとは思うのだが、それを確認したことはない。そこで、試しにダイエーで買ったダイエー・コーラの350ml缶(写真中の赤い缶)を洗面台で水中に入れてみると、ブクブクと確かに水底に沈んでいる。…なるほど、コーラ缶はどうやら水より重い「カナヅチ」のようだ。水に浮かぶコーラと沈むダイエットコーラ

 ところが、よくよくこの写真を眺めてみると、その横でプカプカと水面に顔を出して浮かんでいる別のコーラ缶がいることがわかるハズだ。そう、コーラ缶は水の中に沈んでいるのに、なぜかダイエット・コーラの缶(手前の白い缶)は水に浮かんでいるのである。つまり、ダイエット・コーラの350ml缶はナント水よりも軽いようだ…?実験に使った缶は(私がビンボーなので…)ダイエー・ブランドの一本40円ナリのコーラだったが、由緒正しい米国コカ・コーラで実験したようすや、その解説などもあって、やはり一般的にコーラ350ml缶は水に沈むのに対して、ダイエット・コーラ缶350mlは水に浮くようである。何故に普通のコーラ缶は沈み、ダイエット・コーラ缶はプカプカと浮くのだろうか?

350mlコーラ缶の「浮き沈み」を計算してみよう!

 その謎を探るため、とりあえず「コーラ缶350mlの水中における重さ」を計算してみることにしよう。そこで、まずはコーラの350ml缶を定規で測ってみると、ドリンクが入っている部分の高さは大雑把に114mmだった。そして、直径は大体64mmである。ということは、350mlコーラ缶の体積は

π×半径 (65mm / 2) ×半径 (65mm / 2)× 高さ (115mm) ≒ 375 cm3
となり、およそ 375 cm3 程度であることがわかる。350ml缶というくらいだから、おそらく缶の中に入っているコーラは350~355ml(12 オンス)だろう(ちなみに、米国からの輸入品であるダイエーのコーラ缶には、内容量は355mlと書いてあった)。そして、缶の中の差し引き375- 350~355 ml ≒ 20~25mlの空間には炭酸ガスや窒素などが入っているのだろう。ということは、つまりコーラが入った350ml缶は全体として20~25gの浮力を受けることになる。

 また、アルミ缶自体の重さはおよそ16gほどだという。アルミの比重は2.7g/cmだから、体積は5.9cm3である。同体積の水の重さが5.9gだから、16gのアルミは当然5.9gの浮力を受ける。ということは、水中でのアルミ部分は差し引き、アルミの重さ(16g)? アルミの体積が受ける浮力(5.9g) = 10.1gほどの重さになっていることになる。つまり、アルミ缶は10gほどの「重し」を外殻としてまとっているわけである。

 さて、すると残りの肝心のコーラの液体自体の重さはどの程度になるのだろうか? それは簡単、なぜならコーラは結局のところ、「砂糖水」である*1。原材料の表示は「糖類(果糖ぶどう糖液糖、砂糖)、カラメル色素、酸味料、香料、カフェイン」となっているが、つまりはほとんどが糖類である。何しろ、350mlのコカ・コーラには35gもの量の糖分が溶け込んでいるのである(コカ・コーラのライバル「ペプシ・コーラ」の場合には、40gほどにもなる)。砂糖(糖分)が水に溶け込んでも水溶液の体積はほとんど変わらないから、実質この砂糖(糖分)の重さ35gだけ「350ml缶の中にあるコーラの液体自体の重さ」は水よりも重いことになる。

 つまり、コカ・コーラの350ml缶は、水と比べると

  • 缶の中の空き体積分の浮力:20~25g
  • アルミ部分:10g
  • コーラの液体(に溶け込んでいる糖分):35g
の35g + 10g - (20~25g) ≒ 25~20gだけ、同体積の水より重いことになる。なるほど、水の中にコーラの350ml缶を入れれば、これならば確かにブクブクと沈んでいくに違いない。「川の水や夜店の水槽の中にドリンクの缶を沈めて、ドリンク缶を冷やした」という真夏の経験は見事に科学によって裏付けられたわけである。つまり、コーラの甘さを作り出している糖分が「重し」となって、コーラの350ml缶は水に沈むのである。

*1
 余談になるが、かつて「砂糖水を売って一生を終える気か」という口説き文句により、ペプシ・コーラ社長だったジョン・スカリーがアップル・コンピュータの社長に引き抜かれたのは有名な話である。

ダイエット・コーラの秘密

 おやおや? それならば何故ダイエット・コーラがプカプカと水に浮いていたのだろうか?まさか、「ダイエット・コーラはダイエットしたコーラやろ?ダイエットしたんやったら、その分軽くなるやん?」なんて自分本位で超感覚的、つまりは「ナニワのおかん」的な意見を言う人はいないだろう。「何でコーラがダイエットすんねん!?」なんである。「何でコーラがダイエットしたら浮かなアカンねん!?」なのである。というわけで、ナニワのおかんはとりあえず無視して、私たちは科学的に考え・調べてみることにしよう。

 とりあえず、ダイエット・コーラの原材料を眺めてみる。すると、「カラメル色素、酸味料、甘味料(アスパルテーム・Lーフェニルアラニン化合物、アセスルファムK、スクラロース)、香料、保存料(安息香酸Na)、カフェイン」というように書いてあることがわかる。つまり、通常のコーラでは「糖類(果糖ぶどう糖液糖、砂糖)」であったものが、ダイエット・コーラの場合には人工甘味料の「アスパルテーム・Lーフェニルアラニン化合物、アセスルファムK、スクラロース」に変わっているわけだ。

人工甘味料の分子構造
アスパルテーム
アセスルファムK

 アスパルテームは1966年に甘味料として注目され始め、そして1982年に「味の素」が製造特許*2をとった人工甘味料である。アスパルテームは砂糖の150倍もの甘味を持っている。そして、アセスルファムKは1967年に生み出された人工甘味料で、なんと砂糖の200倍もの甘味度がある。甘味度というのは「砂糖と同じ甘さ」を感じさせるためには、水溶液中に「(砂糖と比べて)どの程度の重さ」の甘味料を溶かさなければならないか、ということを示している。だから、甘味度が150~200ということは、「同じ甘さを感じさせるためには、(砂糖に比べて)甘味料の重さが150~200分の1ですむ」というわけである。つまり、通常のコーラで必要だった35gの砂糖が、アスパルテームやアセスルファムKといった人工甘味料を使えば、

35g / 150~200 ≒ 0.18~0.23
というわけで、たったの0.18~0.23gですむのである。ということは、結局のところ通常のコーラに溶け込んでいる糖分の重さと、ダイエット・コーラに溶け込んでいる人工甘味料の重さはずいぶんと違うことがわかる。

*2
この特許は発明対価の22億円を巡って、「味の素」と元社員の間で係争中である。今年2月の東京地裁での判断は1億9千万円を元社員に支払うようにというものだったが、さらに控訴されているため、決着にはまだ時間がかかりそうだ。

実は正しかった「ナニワのおかん」 恐るべき野生の感覚!?

 ということは、ダイエット・コーラの350ml缶は、水と比べてみると

  • 缶の中の空き体積分の浮力:20~25g
  • アルミ部分:10g
  • ダイエット・コーラ(に溶け込んでいる糖分):0.2g
0.2 g + 10g - (20~25g) ≒ - 10~-15g
となる。つまり、なんと同体積の水より10~15gも軽いことになるのである。だから、ダイエット・コーラの350ml缶を水の中に入れると、当然のごとくプカプカと浮いてきてしまうわけである。一言で言えば、通常のコーラが「溶け込んでいる砂糖(糖分)」の重みでブクブク…と水の中に沈んでいってしまったのに対して、ダイエット・コーラの場合はダイエットのために砂糖をカットして人工甘味料を使ったため、砂糖(糖分)の重さ分軽くなって、プカプカと水に浮いたのである。

 …ん?砂糖を「ダイエットのため」にカットしたら、「その分軽くなって」浮いた…? そう、ナニワのおかんの「ダイエット・コーラはダイエットしたコーラやろ?ダイエットしたんやったら、その分軽くなるやん?」ニいう(一言で言えば)ワケのわからない超ヘリクツは実は見事なまでに正しかったのである。恐るべきは「ナニワのおかん」の野生の本能だ。私たちが、「コーラの糖分をアスパルテーム・Lーフェニルアラニン化合物、アセスルファムK、スクラロースに置き換えた分…」なんて長々しく考えて計算するところを、何にも考えずに知性でなく直感だけで「ダイエットしたから、そら軽くなるやろ」と言い放つのだから…。恐るべき、(年を召された)女性の本能だ…。 _|‾|○
 とはいえ、えてしてナニワのおかんは、ダイエット・コーラではなくて35gもの砂糖(糖分)が入っている通常のコーラをガブ飲みし、まるで「水にブクブクと沈むコーラ缶」のようにブクブクと肥えていたりする。「コーラよりアンタがダイエットせなあかんちゃうんか!」とも思ったりはするのだが…。

実は日本のコカ・コーラの350ml缶はプカプカ浮かぶ…!?

日本産のコーラはプカプカ浮かぶ

 ところで、経済事情(一言で言えば私がビンボーだから)により、今回はコカ・コーラでなく、ダイエーで売っていた一本40円の米国産コーラとダイエット・コーラを使って実験をしてみた。しかし、それだけではどうかと思ったので、(大枚払って)一本だけ日本コカ・コーラの350ml缶を買って洗面台で水中に沈めてみた。…いや、沈めてみようとしたのである。ところが、日本コカ・コーラの350ml缶(右手前の赤い缶)は全然沈まずにプカプカ浮かんでばかりなのだ(右の写真)。ダイエー・コーラ(奥の赤い缶)と日本コカ・コーラ(手前右)の違いと言えば、ダイエー・コーラが355mlの内容量で、(米国コカ・コーラと違って)日本コカ・コーラが350mlであるということ、つまり(容器の容量が同じであるとするならば)浮力が日本コカ・コーラの方が5g大きく浮きやすいということと、(表示カロリーから予想すると)ダイエー・コーラの方が3g程度砂糖(糖分)の使用量が多くその分沈みやすいということである。もちろん、少し容器の体積も違う。それらは微妙な違いに過ぎないが、その微妙な違いにより日本産コカ・コーラは米国産コーラと違って水に沈まずに浮かぶのかもしれない…。

 ところで、この「水に浮かぶダイエット・コーラと沈むコーラ」ではないが、コーラ一つとってみても色々な科学を知ることができる。キャンプ先の川辺や夜店の水槽の中に沈んでいるジュース缶の中には、「沈むコーラの350ml缶」から「人工甘味料の化学」や「浮力という物理」や「ナニワのおかんのスゴさ」が詰まっている。日常で目にする景色の中には、色んな科学の入り口が潜んでいる。街中には数限りない面白い謎が満ちあふれている。



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