撹拌作用を使い分ける

「撹拌をやさしく捉えてみよう【撹拌をどのように利用するべきか？】」のページで、使用する”撹拌作用”によって最終状態が異なることを紹介しました。

この”撹拌作用”をどのように使い分けたら良いでしょうか？

”吐出作用”を利用すべき例

最初に、「吐出作用を利用すべき例」について考えてみたいと思います。

”吐出作用”を利用すべき例として、例えば、食塩の溶解が挙げられます。

「撹拌の立場から乳化をイメージしよう【ギブス自由エネルギーと乳化現象①】」のページで説明しましたが、水の中に食塩を入れるだけで食塩水が完成します。

すなわち、どれだけ時間がかかるかは分かりませんが、放置したままにしておいても最終的に食塩水ができあがります。

下図で紹介している事例は、どれだけ時間がかかるかは分かりませんが、放置したままにしておいても最終的な状態ができあがるものを示しています。

…ということで、「吐出作用を利用すべき例」についてまとめると…、

時間経過で自然に引き起こされる現象に対しては、通常、撹拌による大きな”吐出作用”を利用すると良い場合が多いと言えます。

”微細化作用”を利用すべき例

次に、「微細化作用を利用すべき例」について考えてみたいと思います。

”微細化作用”を利用すべき例として、例えば、エマルションの調製が挙げられます。

「撹拌の立場から乳化をイメージしよう【ギブス自由エネルギーと乳化現象②】」のページで説明しましたが、エマルションを調製するためには、油相・水相・界面活性剤が必要です。

そして、「撹拌の立場から乳化をイメージしよう【エマルションの調製と機械的な力】」のページで説明しましたが、乳化するためには撹拌によって油滴を生成しなければなりません。

したがって、放置したままにしておいても最終的にエマルションはできあがりません。

粉体の分散（微細化）も同様です。

2種類の固体を入れた容器を放置したままにしておいても、それぞれの固体が細かくなって混ざってくれません。

…ということで、「微細化作用を利用すべき例」についてまとめると…、

時間経過で自然に引き起こされない現象に対しては、通常、撹拌による大きな”微細化作用”を利用すると良い場合が多いと言えます。

“吐出作用”+“微細化作用”を利用すべき例

最後に、「吐出作用と微細化作用を利用すべき例」について考えてみたいと思います。

”吐出作用”と”微細化作用”を利用すべき例として、例えば、増粘剤の分散が挙げられます。

どれだけ時間がかかるかは分かりませんが、放置したままにしておいても増粘剤の水分散液ができあがります。

しかしながら、微細化作用によって増粘剤を細かくした方が、その表面積が大きくなるので水中に拡散しやすくなります。

微細化作用は、吐出作用をサポートする働きをしていると言えます。

“吐出作用”と“微細化作用”のイメージ

それでは、このような使い分けをどのようにイメージしたら良いでしょうか？

ここでは、次のように考えることにします。

吐出作用のイメージ

自然に引き起こされる現象に対しては、”吐出作用”を使う撹拌をすれば良いことが分かりました。

「自然に引き起こされる」ということは、ボールが坂道を転がっていくような現象に例えることができます。

どれだけ時間がかかるかは分かりませんが、放置したままにしておいても最終的にボールは転がっていきますよね。

したがって、”吐出作用”を使うことによって、ボールが坂道を速く転がるような作用を与えているようなイメージになります。

これは、「時間短縮」して、必要生成物を迅速に生産することを可能にする働きを持っていることを意味します。

微細化作用のイメージ

自然に引き起こされない現象に対しては、”微細化作用”を使う撹拌をすれば良いことが分かりました。

「自然に引き起こされない」ということは、ボールが坂道を上っていくような現象に例えることができます。

放置したままにしておいても、ボールはその場に留まっているだけで坂道を上っていくことはありませんよね。

したがって、”微細化作用”を使うことによって、ボールを強制的に持ち上げるような作用を与えているようなイメージになります。

これは、自然現象では起こり得ない「新物質」（＝「新状態」）を作り出すことを可能にする働きを持っていることを意味します。

撹拌エネルギー

“吐出作用”と“微細化作用”について紹介してきましたが、これらを発揮するためには動力源となる”撹拌エネルギー”が必要になります。

撹拌エネルギーを表す式は複雑な形をしていますが、ポイントになるのは、「撹拌エネルギーPは微細化作用Heと吐出作用Qの積に比例する」ということです。

数学的にいえば、「微細化作用Heと吐出作用Qは反比例の関係にある」ということですが、これはどういったことを意味するのでしょうか？

そこで、縦軸を微細化作用He、横軸を吐出作用Qをとしたグラフ（図形）を考えてみたいと思います。

このとき、撹拌エネルギーPは微細化作用Heと吐出作用Qの積に比例するので、四角形の面積の大きさとして表されることになります。

📝[memo]　四角形の面積P＝縦軸He×横軸Q

例えば撹拌エネルギーPが一定であったとして、さらに次のような場合を考えてみます。

微細化作用Heが大きいとき

撹拌エネルギーPの多くを微細化作用Heに使用すると、撹拌エネルギーPは縦軸（微細化作用He）が長い四角形として表されます。

その結果、横軸が短くなるので吐出作用Qが小さくなることが分かります。

📝[memo]　右図の四角形のような場合です。

吐出作用Qが大きいとき

撹拌エネルギーPの多くを吐出作用Qに使用すると、撹拌エネルギーPは横軸（吐出作用Q）が長い四角形として表されます。

その結果、縦軸が短くなるので微細化作用Heが小さくなることが分かります。

📝[memo]　下図の四角形のような場合です。

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このように考えると、撹拌エネルギーが同じであっても撹拌機としての能力が異なってくることが理解できるかと思います。

• 撹拌エネルギーPの多くを微細化作用Heに使用する（微細化作用Heが大きくなる）と、吐出作用Qが小さくなります。
• 撹拌エネルギーPの多くを吐出作用Qに使用する（吐出作用Qが大きくなる）と、微細化作用Heが小さくなります。

すなわち、撹拌機としての能力を把握するために、撹拌エネルギーの多くが微細化作用と吐出作用のどちらに使用されているかを見極めなければなりません。