ゴムについて

質問

ゴムについて
娘が夏休みの自由研究で輪ゴムを使った実験をしています。
そこで、ゴムの伸びたり縮んだりする原理について教えて下さい。また、それらについて参考になるサイトや書籍がありましたら紹介してください。

回答No.4

htms42

＃３です。

文字が消えてしまったところがありました。

「シ、トランス」　→　「シス、トランス」

シス、トランスという構造の違いは高等学校の化学の教科書にも出てきます。

ゴム弾性というのは統計力学の教科書の中でも取り上げられています。
エネルギーというよりはエントロピーという量が関係する現象だということからです。

温度が上がると縮むという性質が出てきます。

実験
輪ゴムにおもりを付けて限界近くまで伸ばしたものを支点に固定します。
これに熱湯をかけます。
普通は温度が上がると伸びるように思いますがゴムの場合は縮みます。
温度が高くなってジグザグの分子の運動が激しくなると分子の両端の距離は短くなるからです。

・家庭にある普通の輪ゴムの場合は２，３本束にして使った方がいいでしょう。
・やけどに注意です。
・おもりは石でも水を入れたペットボトルでもいいでしょう。

回答No.3

htms42

ゴムが弾性を示すのは分子の構造に原因があります。
毛糸のように絡み合っているからではありません。
分子の構造自体がジグザグになっているからです。
ジグザグになっている分子の鎖をさらに長くするためのものが＃１のＵＲＬにある架橋です。
でも架橋自体が弾性の出てくる理由ではありません。
分子を大きくして流れないようにしているのです。天然ゴムは初めカッパの防水として使われていましたが熱いと流れたり、くっついたりしました。寒いとカチカチになりました。硫黄を使って分子の間に橋渡しをする（これを加硫と言います）ことで流れない防水が可能になったのです。
輪ゴムには硫黄が含まれていますから銅や銀の容器にくっついたまま放置しておくと反応して色が黒くなります。自動車用のタイヤ用のゴムも加硫によって実用化されました。それを最初にやったのがＧｏｏｄｙｅａｒだそうです。

天然ゴムの主成分はイソプレンという物質がたくさん繋がったポリイソプレンという物質です。
でも同じポリイソプレンでできている物質にグッタペルカというのがあります。構造が少し違います。化学の用語でシ、トランスと呼ばれている構造の違いです。グッタペルカは全くはずみません。振動吸収材として合成されたものも市販されています。教材としても手に入ります。天然ゴムのボールとグッタペルカのボールは全く見わけが付きません。でも床に落とすと片方は跳ねますがもうひとうは床に当たって止まってしまいます。

絡み合いではなくて分子の構造自体に原因があるといううのが分かると思います。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B4%E3%83%A0

ゴム弾性の理論の発展には日本の学者の貢献が大きかったので解説もたくさん出ているはずです。

お礼

とても詳しく教えて頂き、ありがとうございました。

回答No.2

nitoro

ゴムの分子構造を考えれば、伸縮の原理がお分かり頂けると思います。
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ゴムは、イソプレンという分子が多数繋がった、いわゆる高分子と呼ばれる一本のひものような形を
取っています(イメージとしては、ビーズが多数繋がったビーズアクセサリーのような一本のひもを考えて頂ければ結構です)

そしてこの一本のひもは、伸びきった状態よりも、毛糸のように、ひもが丸まった状態の方がよく安定化するので、通常は丸まった構造を取ります。(繋がった分子同士が、一本のひもが伸び切って離れるよりも、毛糸のように丸まって絡まった方ががっしりと分子構造が保てるからです)

つまりゴムは、ひもが丸まっているだけの構造をしているので、力を少し加えるだけで、よく伸ばす事が出来るというわけです。(丸まった状態なので、いわゆる『物を伸ばす』というよりは『丸まったものをほどいてあげる』というのがイメージですね。分子同士の結合が、がっしりとしている金属だとかは、結合が固くて伸ばしにくいですが、ゴムは今にもほどけそうなくらい弱い力だけで丸まっているわけですから、少しの力だけで良く伸ばせるというわけです)

一方、伸び切ったゴムから力を取っ払えば、伸び切った状態よりも、安定な丸まった状態へと戻ろうとします。つまりゴムは、力を除くと収縮するように動くというわけですね(厳密には加硫といって、高分子のひも同士が所々クリップされた構造の作用もありますが、ここでは深くは触れません。)
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要約しますと・・

『ゴムは、毛糸のように丸まった構造をしている』
『だから、力を加えると『伸ばす』ではなく『ほどく』力で済むので、よく伸びる』
『ゴムは、丸まった構造が安定なので、力を除くと収縮する』

となります。
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最後に、参考用のURLを張っておきます。
http://www.sponge21.com/product/glossary/danse/

お礼

詳しい回答ありがとうございました。
参考になりました。

回答No.1

aokii

参考になるサイト、
http://usuisummer.hp.infoseek.co.jp/imagination-science5.html
でしょうか。

お礼

ありがとうございました。