でんぷんがコロイド粒子になる理由とは？分子量と粒子の大きさの関係を解説

高校化学では、「でんぷんは分子量が大きく、1分子でコロイド粒子になる」と説明されることがあります。しかし、コロイドになる条件は本来「粒子の大きさ」で決まるため、分子量が直接関係するのか疑問に感じる人も少なくありません。

この記事では、なぜでんぷんが1分子でもコロイド粒子として扱われるのか、分子量と粒子の大きさがどのようにつながっているのかを分かりやすく解説します。

コロイド粒子とはどのような大きさの粒子なのか

コロイドとは、溶液中に存在する粒子の大きさが、通常の分子やイオンより大きく、しかし目で見えるほど大きな粒子ではない状態を指します。

一般的に、コロイド粒子の大きさは直径がおよそ1nmから1000nm程度の範囲とされています。この範囲の粒子は、ろ紙は通過しますが、光を散乱させるなど通常の溶液とは異なる性質を示します。

つまり、コロイドかどうかを決める直接的な基準は「粒子の大きさ」であり、分子量そのものではありません。

でんぷんは、多数のブドウ糖分子がつながってできた高分子化合物です。そのため、1つの分子が非常に巨大になります。

例えば、水やエタノールのような小さな分子は、1分子の大きさが非常に小さいため、溶液中では通常の分子として存在します。

一方、でんぷん分子は数千から数万個以上のブドウ糖単位が結合した長い分子であり、1つの分子そのものがコロイド粒子として扱えるほど大きくなります。

質問のように「コロイドは粒子の大きさで決まるのに、なぜ分子量が出てくるのか」と疑問に思うことは自然です。

実際には、分子量が大きいこと自体がコロイドになる条件ではありません。しかし、高分子物質の場合、分子量が大きくなるほど1個の分子のサイズも大きくなる傾向があります。

つまり、「分子量が大きいからコロイドになる」という説明は正確には、「分子量が非常に大きい高分子は、1分子でもコロイド粒子に相当する大きさになる」という意味で使われています。

例えば食塩を水に溶かした場合、食塩はナトリウムイオンと塩化物イオンに分かれます。これらは非常に小さい粒子なので、通常の溶液になります。

一方、でんぷんを水に分散させると、大きな分子がそのまま存在します。その1つ1つがコロイド粒子として振る舞うため、でんぷん水溶液はコロイド溶液になります。

同じ「水に溶ける物質」でも、粒子の大きさによって性質が大きく変わることが分かります。

でんぷんのような高分子化合物には、同じように1分子でコロイド粒子になるものがあります。

代表例としては、タンパク質やセルロース、合成高分子であるポリビニルアルコールなどがあります。

これらは多数の小さな分子単位が結合してできた巨大分子であり、1つの分子の大きさがコロイドの範囲に達するためです。

コロイド粒子になるかどうかを決める基準は、あくまで粒子の大きさです。そのため、「分子量が大きいから必ずコロイドになる」という考え方は正確ではありません。

しかし、でんぷんのような高分子では、分子量が大きくなることで1分子そのものが非常に大きくなり、結果としてコロイド粒子のサイズになります。

したがって、「でんぷんは分子量が大きく1分子でコロイド粒子になる」という説明は、「巨大な高分子分子だから、その1個がコロイド粒子の大きさになる」という意味で理解すると正しく理解できます。