分子間力について

質問

高校2年です
今日の物理の授業で摩擦について学習しました。
そのときに摩擦の原因として分子間力というのが出てきました。
氷の上では溶けた水が分子間力を弱くしているからよくすべるんだといっていましたがなぜ水があると分子間力ってのが弱くなるんですか？
分子間力そのものもわかってないのでわかる方教えてください。

回答No.2

ht1914 · ベストアンサー

物理の授業で分子という言葉が出てきたときは「？」と思った方がいいかも知れません。分子でないものを分子と言っている可能性があります。

摩擦の話として出てきたようですが物質は分子性物質だけではありません。金属もイオン性物質もあります。分子は分子性物質だけに存在します。

ご質問の例は固体と固体の間を液体が潤滑している場合です。油を塗るのと変わりはありません。
水の粘性抵抗や濡れによる抵抗などの場合は分子間力が関係するでしょう。表面張力も分子間力です。
（これも厳密に言うと分子間力ではありません。金属が水に濡れるときは分子と分子の間に働く力ではないからです。）

摩擦が「分子間力」だという話の意味について昔読んだ記憶で書かせて頂きます。

摩擦は面のでこぼこが原因であるというのは素朴なイメージです。ざらざらしていると摩擦が大きく、なめらかな面では摩擦が小さいというのは実感できます。潤滑油はこのでこぼこを埋めてしまう働きをすると考えると理解できます。液体の流動性もズレをなめらかにする効果があります。液体でなくて固体を入れる場合もあります。細かい粉が間にあるとよく滑ります。ベアリングの利用も固体と固体の間に回転する固体を入れて摩擦を減らしています。
普通高校で出てくる力学での摩擦はこれですんでいます。

ところが「摩擦の本質は？」という話になります。
でこぼこが原因であるのであれば面をきれいにしていくと摩擦がどんどん小さくなるはずだと考えられます。潤滑油を使わなくてもいいようになるかもしれません。ところが２つの金属の接触のような場合、面をきれいにして密着がよくなるとかえって摩擦が増えてくるようです。精密機械の回転部分で問題になります。自動車のエンジンやクラッチでも問題になるでしょう。密着がよくなると金属内部での結合と同じものが金属と金属の間にも働くということになります。
ここで「分子間力」という話が出てきています。でも分子の存在しない金属に対して「分子間力」という言葉を使うのは正しくありません。金属の場合の結合は自由電子による「金属結合」と呼ばれています。

ガラスや陶器の場合だとイオンですからやはり「分子間力」という言葉は使うことが出来ません。

２種類の混乱があるようです。
（１）２つの物体の間に働く力を全て「分子間力」と言っている。
（２）面の程度によって摩擦の仕組みが違うと考えた方がよいのではないか。あるレベルの面で「分子間力」が問題になるという場合は考えられるが全ての場合を「分子間力」というと言いすぎではないか。

固体と固体が接触しているときや、固体が潤滑油に濡れているときに何らかの力が働いている事は確かです。でもその力を全て「分子間力」と言ってしまうと言い過ぎになるでしょう。滑り落ちないように鉛筆を持っているとき、挟む力を小さくして滑り落ちた時、分子間力の大きさが変化したと言うと「？」と思いますね。

回答No.1

sekisei

＞氷の上では溶けた水が分子間力を弱くしているからよくすべるんだと・・・

これは間違いと言っていいと思います。

氷の上で水があると良く滑るのは、氷の上に乗った物と氷の間に液体である水があり潤滑が良くなるためです。

分子間力は文字通り分子と分子の間に生じる引力です。
氷は分子間力と水素結合によって隣り合う水分子が引き止めあってしまって動きが取れない状態になっています。
水は温度が高く水分子がその力を振り切ってある程度自由に動けている状態です。
結局水分子の運動エネルギー（運動の激しさ）が違うだけで水も氷も同じ水分子でできていますから、水によって分子間力が弱められているならば氷も同様の効果を生じるはずですがそんなことはありません。