コロイドってつまらない？
コロイドはマイナー分野で面白くないと思っている大学受験生も少なくないと思いますが、実は面白いです。
日常と科学のハーモニーなのです。
コロイドとは
10^(-9) 〜10^(-7) mの粒子のこと。
この大きさについて実感を持ってもらうため、ここで原子の大きさを考えてみましょう。原子の大きさは約10^(-10) mです(0.1 nm, 1Åと同じです）。よってコロイドの粒径は原子の粒径の、10〜1000倍です。個数は体積に比例し、体積は長さの三乗に比例するので、コロイドは約1000〜10^9個の原子で構成されていることがわかります。
例えばヘモグロビン(タンパク質の一種）は分子量が約64500であり、鉄4個を除いてC, H, O, Nの比較的小さい原子で構成されており、全部の原子数は1000を超えているため、分子1個でコロイドのサイズ感です（分子コロイド）。
また、これくらいのサイズだと、光が散乱します(チンダル現象)。コロイド溶液は牛乳のように不透明な溶液であることが多いです。
日常的に見られるコロイド
以下にさまざまなコロイドを紹介していきます。
牛乳
水の中に脂肪やタンパク質の一種であるカゼインが入っています。
墨汁
鉛筆には黒鉛（炭素の同素体の一つで固体）が使われていますが、液体になっている墨汁が文字を書けるのは少し不思議かもしれません。墨汁は煤（炭素：疎水コロイド）のまわりを膠（動物性タンパク質：親水コロイド）がコーティングしてできています（保護コロイド）。
高野豆腐
私は学生時代この食べ物の名前を言われてもピンと来なかったのですが、豆腐を乾燥してできています（キセロゲル）。豆腐の作り方自体も面白いです。液体状の豆乳（タンパク質；親水コロイド）ににがり（苦汁：Mg塩；電解質）を入れることで固体状の豆腐を作っています（塩析）。
ステンドグラス
私はある時期教会のアートに心動かされていたのですが、ステンドグラスも美しいですね。那須や伊豆に美術館があるので見に行くと良いかなと思います。
よく言われる話なのですが、ステンドグラスの鮮やかな赤色は金コロイドです。金を王水に溶かすと錯イオン[AuCl4]-が得られます。その錯イオンを適切な方法で処理すると赤色を得ます。
これは2023年にノーベル化学賞を受賞した「量子ドット」と繋がる話です。そもそも受賞者の一人エキモフはこのステンドグラスがなぜそれぞれ色を示すかという原理を研究しており(昔から経験的に作り方は知っていても原理を知っているか別問題）、色がサイズに依存することを解明しています。
霧
自然界にもコロイドは見られます。霧は水蒸気（気体）の一部が凝縮し（気体→液体になり）、液体の水が生じ水蒸気中に浮遊しているものと考えられています。雨ほどは水分子は集合しておらず、粒径がコロイド程度になっているため、水蒸気中に浮遊できています（エアロゾル）。霧が白くみえて視界を遮るのもチンダル現象の影響です。
科学的な面白さ
原子の存在を実験的に示せる
科学はすぐにそれが受け入れられるとは限らない（例 地動説）ですが、原子の存在に関しても同様にしてすぐに受け入れられたわけではありませんでした。花粉のコロイド粒子が熱運動する水分子によってランダムに移動する現象（ブラウン運動）についてアインシュタインが理論的に解析し、数年後にフランスの科学者ぺランがブラウン運動をもとにアボガドロ定数を決定し、かつその定数が他の実験によって求めたアボガドロ定数とほぼ一致したことで原子の存在が実験的に示せました。
原子N個集めても元の原子と同じ性質？
確かに物質に依っては構成原子が何かというのは重要もかもしれませんが、コロイドになって初めて現れる機能というのもあります。このように、「部分の性質の単純な総和にとどまらない性質が全体として現れること」を創発といいます。セッケン分子の自己組織化は創発の一例です。セッケン分子は親水性部分(頭部）と疎水性部分（尾部）が構成され、水の周りには親水性部分が、油の周りには疎水性部分が接しやすいため、油汚れの周りに疎水性部分が内側に、親水性部分が外側になるように球状に集合します（ミセル）。ミセル形成によって洗浄効果がもたらされます。
興味深い入試問題（東大2023 第３問Ⅱ ）
コロイドが安定に存在するには「それ以上大きくも小さくもならない」というのが重要です。その安定性を維持するのにコロイドは表面の電荷が重要であるという話を実験1できちんとしている点で興味深いです（ゼータ電位測定）。
実験2では粒子半径に関する議論をしていて、最初に挙げているコロイドのサイズ感であることを確証しています。
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