ミクロとマクロをつなぐ、「ゲル化」の化学

分子の世界は私たちの常識を超えている

空気の中の窒素や酸素の分子は目に見えませんが、身のまわりでは常に数え切れないほどの分子が超高速で飛び交っています。今もあなたの顔には、窒素分子が秒速500m（時速約1800km）に近い猛スピードで衝突しているのですが、何も感じません。超高速で飛行している窒素分子は約0.1ミクロン(=1万分の1ミリ)ごとにほかの分子と衝突し、1秒間に50億回も衝突を繰り返しています。人間界の常識では測れないのが分子の世界です。

化学反応で巨大な高分子ができる

分子同士が激しく衝突する際に条件をうまく整えると、分子間で原子の組み替えが生じます。これがいわゆる「化学反応」で、ある種の分子（モノマー）の反応条件をうまく整えると、鎖状につながった高分子（ポリマー）が合成できます。高分子の「高」には「仰ぎ見るほど大きい」という意味があり、そのスケールは窒素など低分子の数百倍もの長さです。ちょうど人間が、自分の身長より400倍近くも大きいスカイツリーを仰ぎ見るようなものですが、そんなに巨大な高分子でも、実際の長さはまだまだ1ミクロン程度です。

ミクロからマクロへ一瞬で跳躍！

ミクロサイズの高分子の間に橋をかけていくと（架橋反応）、ある程度橋かけ点が増大した段階で、一瞬にして反応系全体がひとかたまりになるという急速な変化（臨界現象）が見られます。洗濯のりとホウ砂（しゃ）を混ぜてスライムができる瞬間がまさに臨界現象で、洗濯のりに含まれるポリビニルアルコール（PVA）の長い炭素の鎖をホウ砂の一部がつなげていき、瞬時にして網目構造のマクロサイズの巨大分子（ゲル）ができあがるのです。
ゲル化を起こす反応では原理的にはいくらでも大きな分子を作ることが可能です。網目の中に自重の数百倍以上もの水を吸収できるゲルは、紙おむつなどに使われています。ぷるんとしたソフトコンタクトレンズもゲルの仲間です。これらの柔らかい材料は、生き物に優しい「ソフトマテリアル」として注目されています。

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先生情報 / 大学情報

福井大学工学部物質・生命化学科教授飛田英孝先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

高分子化学、化学工学

先生が目指すSDGs

メッセージ

高校までの教育は学問の成果を学ぶところであるのに対し、大学は学問を生み出す場です。学問とは「問いを立てて学ぶこと」、すなわちそれまでに経験したことがないことに対する対応能力を高めることです。この能力は社会に出れば必ず求められます。だからこそ、大学での学びで学問する力を培うことが大切なのです。あなたは、どんな学問分野でその能力を磨きますか？　それがあなたにとっての「大学選び」になるのです。

先生への質問

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本学は教育学部、医学部（医学科、看護学科）、工学部、国際地域学部の4学部からなる国立大学です。「創造力、実践力」をキーワードに、本学で学んだ学生が生涯にわたって創造力や指導力を発揮できるよう、学びの力となる学問の基礎及び方法の習得をめざします。先端研究に支えられた教育内容と、不断の省察による教育技術によって、学生がそれぞれの個性に目覚め、社会に貢献できる実践的知識と技術を習得して卒業する事を目標とします。就職率は複数学部を有する国立大学で11年連続ナンバー１の実績があります。（H19-29年度）