平成１０年５月１２日

1.　粒子間に働く、反発力の源とは何か。図で示して説明せよ。

2. 雨が降った後、道ばたには泥水ができている。泥水の中の大きな粒子はやがて沈降するが、小さな粒子はいつまで浮遊していて、濁っている。濾過することなく、透明な水を得るにはどうしたら、いいか。また、それはどういう理由によるのか、説明せよ。

3. 書道で使う墨汁は、炭の分散液、コロイド溶液である。なぜ、水と仲の悪い炭が分散しているのだろうか。洗濯において、汚れ（油分）が、界面活性剤により水中に分散することを思い浮かべればよい。物理化学的に説明せよ。

4. あ、極楽極楽。温泉のあとは、ビールを飲んで、と。いや、清酒でもいいや。

温泉の話はここ

平成10年５月１２日

1.　粒子間に働く、反発力の源とは何か。図で示して説明せよ。

粒子表面の表面電位である。この電位ψ0は、溶液では、表面から離れると共に、徐々に小さくなるが、いきなり0になることはない。徐々に低下していき、溶液バルクでは、0となる。これを拡散電気二重層モデルと呼ぶ。電位は、まず、Stern面まで直線的に下がり、そこの電位をStern電位ψdといい、それから先は、ψ=ψd exp (-κx)　という式に従って下がる、という。これをGouy-Chapman理論という。これが反発力の源である。なお、κは、共存する電解質の価数と濃度に依存し、価数と濃度が大きくなると、κは大きくなるという関係にある。すなわち、価数と濃度が大きくなると、ψは、粒子表面から離れるに従い、急速に減少する。つまり、反発力は、粒子表面からちょっとでも離れると小さくなることを意味する。

2. 雨が降った後、道ばたには泥水ができている。泥水の中の大きな粒子はやがて沈降するが、小さな粒子はいつまで浮遊していて、濁っている。濾過することなく、透明な水を得るにはどうしたら、いいか。また、それはどういう理由によるのか、説明せよ。

凝析を用いる。つまり、沈殿しない泥粒子を強制的に、凝集させるわけである。これには上記のように、反発力を小さくさせる仕組みを使う。粒子が凝集するための力は、London-var der Waals力であり、この力は、電解質の価数や濃度に依存せず、一定なので、価数の大きな電解質をたくさん泥溶液に入れると、反発力が小さくなり、比較的に凝集力が大きくなって、凝集するわけである。

3. 書道で使う墨汁は、炭の分散液、コロイド溶液である。なぜ、水と仲の悪い炭が分散しているのだろうか。洗濯において、汚れ（油分）が、界面活性剤により水中に分散することを思い浮かべればよい。物理化学的に説明せよ。

炭はCであり、水には分散しにくい、墨には、膠（にかわ）が入っていて、これが、炭粒子の表面に吸着すると、吸着した方はアルキル基であるが、水溶液には、カルボン基とかが向かっているので、疎水性の炭は、親水性になるわけである。すなわち、脂汚れが、石鹸等の界面活性剤で水中に分散することと同様である、

4. あ、極楽極楽。温泉のあとは、ビールを飲んで、と。いや、清酒でもいいや。

(1) H₂S (gas状) ⇔ H₂S (溶解した、以下このH₂Sを指す) 溶解平衡

(2) H₂S ⇔ HS^- + H⁺

(3) HS^- ⇔ S^2- + H⁺

酸性になると、水素イオンが多くなるので、(3)式,(2)式の平衡は、左へずれる。そうすると、(1)式の右辺が多くなるので、やはり左にずれる。結果的に匂いのある硫化水素ガスが発生する、というわけである。

さて、硫黄イオンの酸化について考える。熱水が鉱石に触れて温泉水になった直後は、M(金属)Sの形の金属硫化物が溶けている。このうち、硫黄イオンS^2-は空気に触れると酸化する。これを酸化数を使って表記すると、

S^-2→ S⁰→ S⁺²→ S⁺⁴→ S⁺⁶

S^2-→ S⁰→ SO₂^2-→ SO₃^2-→ SO₄^2-