布地のキシレン及び水による濡れ

質問

興味本位の質問です。

a.綿の布地とか、紙（純粋なセルロースとします）に有機溶剤（キシレン）を染み込ませてから、水の中に入れて手で揉み下す。
b.同じくセルロースに水を染み込ませてからキシレン中で揉み下す。

a、bではセルロース表面にはキシレンが吸着するのでしょうか、水が吸着するのでしょうか？またそれを理論的に説明するならどう考えたら良いのでしょうか？

セルロース界面とキシレンの界面自由エネルギー、キシレンと水の界面自由エネルギーの総和
セルロース界面と水の界面自由エネルギー、水とキシレンの界面自由エネルギーの総和

これらの大小関係が、水、キシレン、セルロースを含む系全体の自由エネルギーを決めて、上記の結果を説明できると考えて良いですか？
それともaとbの場合で結果が違うとすれば、早い者勝ち（先にセルロースを濡らした方が表面に留まる）となるのでしょうか。そうであれば、先についた溶媒を押し退けてまで、系の安定化に拘らない、速度論的な感じですよね。押し退けるときのエネルギーの壁が高くて自由エネルギー最小化を室温下では行えないという感じで。
それともキシレン、水間でのグルコースの分配係数に関連するのでしょうか？

揉み下すまでは実践していませんが、キシレンに濡れた布地上で水を振りかけると弾くのが観察される一方で、水に濡れた布地上でキシレンを振りかけると弾かずに染み込むのが見られました。となるとセルロース界面は有機溶剤と仲がよく、後者ではキシレンがセルロースに先に付いていた水を押し退けたということでしょうか？

回答No.1

trytobe · ベストアンサー

すごく、物質の種類だけではなく、セルロースの界面や繊維の間の間隔など、実は非常にパラメーターが多い系なので、ちゃんとモデル化しておくとともに、どのパラメーターが支配的な系として簡略化できるか、という「現実を近似しやすいモデルの作成」から入らないと、泥沼になるパターンです。

つまり、セルロースの繊維の間に毛細管現象でしみこんだ液体は、単なる液体の自由エネルギーや相溶性だけではなく、セルロースの繊維間への毛細管現象を起こしている「セルロース表面の自由エネルギーに対するキシレンの親和力と水の親和力の拮抗」という、表面張力・表面自由エネルギーの問題が、単なる速度論だけで済む「拡散」だけで記述できない障壁となっているのです。

もっと言い換えれば、ガラス表面に乗っているサラダ油に水をかけたときの、サラダ油の動き、を求めるのと同じ程度の計算量を考えないと、セルロースに乗っているキシレンを水で置換することは計算できないのです。

お礼

丁寧な回答をありがとうございます。
難しい問題のようですね。まだガラスとサラダ油、水の系のほうがパラメーターの数は少ないでしょう（繊維の長さ太さとかはないから）がそれでも解けるかどうか分からないです。結果をしりたいだけなら油に溶けない染料を水に溶かして実験、観察したほうが手っ取り早そうですね。

お礼が遅れてすみませんでした。