太陽光に長時間曝された物質について

質問

直射日光とまでは言えませんが、家の中で割と日当たりの良い所に輪ゴムやらセロハンテープをずっと閉まって置いたのですが、久しぶりに使おうとしたら輪ゴムは弾力を失って全く伸びずにすぐ切れてしまい、セロテープは粘着力がほとんど無くなっていました。しかし、セロテープの方はリングの外周部分（空気に触れる表面に近い部分）だけが粘着力を失っていただけで、中側の方のテープは普通に粘着力がありました。つまり直接空気や日光などに触れない部分は質が劣化していないという事だと思います。日光とは違いますが一般家庭の照明でも長年曝された本は色が褪せて、照明が当たってない部分は元のままという事を見た経験があるので、ずっと空気に触れた事の影響よりずっと光を浴び続けた事で、物質の表面に何かしらの作用があったのではと考えています。
太陽光や照明などの光子が物質表面の原子にぶつかり、その光エネルギーによってどういった作用が生じた結果、色が褪せたり、粘着力や弾性を失ったのでしょうか。どなたか御教授お願いします。

回答No.3

noname#195146 · ベストアンサー

光と熱が直接、間接に影響した結果です。物理学的というより、化学反応、特に酸素が作用する酸化によるもので、光や熱は促進する働きをしたと考えて差し支えないでしょう。

　光は波長が短いほど高いエネルギーになります。さらに紫外線も含むのが普通で、紫外線は可視光より波長が短く、従ってエネルギーも高くなります。

　光も紫外線も電磁波で、物質に当たると、その物の原子にある電子を揺らします（原子核は電子よりずっと重いので、ほとんど関係ない）。酸化反応はそれらがなくても起こりますが、反応は電子で起こるため、電子が揺らされると、空気中の酸素の原子と触れやすくなり、酸化も促進されます。

　光がないときなら、ぶつかる酸素の速さが遅くて、電子同士が影響するまで近づかず、反応しないような酸素でも、物質側の電子が揺れていると、まるで物質側からぶつかりに行くような感じになり、反応してしまうわけです。

　そのように物質の電子を揺らせるほどのエネルギーがない波長の光、さらに波長の短い赤外線は、熱エネルギーを物質に与えます。これは温度上昇になり、それは物質の分子の振動を速めるため、やはり低温では反応しないような遅い速さでぶつかってくる酸素に対し、物質側からぶつかりに行くのと同じであるため、酸化が促進されてしまうのです。

　酸化ではないですが、例えば食塩は冷水よりお湯のほうが溶けやすいですね。それも、分子の運動が速くなるに反応（溶解）が促進されるためで、現象としてはよく似ています。

　このため、保存には光を遮ったり、ガラスで紫外線だけは防いだりします。あるいは、密閉容器で酸素吸収剤を入れたり、窒素で充填したりして、酸素を取り除いておいたりします。料理用の調味料や油も、開封後は冷暗所で保管するのは、同じく酸化の促進を防ぐためです。

　セロハンテープの内側だけが大丈夫だった件ですが、酸素は主に側面から僅かずつ侵入したと思いますが、外側がガラスのように紫外線を吸収してくれて、外側は駄目になったけれど、内側を紫外線から守る働きをしたのでしょう。セロハンテープを透過した酸素もないわけではなく、それも外側だけでほとんど反応してしまったと思われます。

お礼

物質の分子・電子レベルまで詳しく丁寧に教えていただき、有難うございました。とても勉強になりました。

回答No.2

tetsumyi

紫外線は高分子結合を分断し、劣化させることが知られています。
ゴム、プラスチック類で、色が薄い物は内部にまで紫外線が入り込んでボロボロになります。
黒色は紫外線を通し難くタイヤや日傘は黒色が勧められていますが、最近では見た目でいろんな色が使われますが劣化が多く見られます。
http://laplace.ele.kyutech.ac.jp/graduate_thesis/2005/kumagai/kuma2.pdf

回答No.1

kimamaoyaji

紫外線や酸化でしょう、光子と考えると、説明が成り立ちません。
太陽で日焼けするのは紫外線の影響です、また透過率の高いセロテープで、端っこだけと言うのは太陽によるものと言うより酸化によるものでしょう、またゴムの劣化は、光に当たって無くても時間が経てば劣化します、これは酸化によるものと考えるのが正しいと思いますが？