平成10年5月26日

小テスト＆基本調査

裏面を使用してよい。

番号［　　　　　　　　　　　　　　　］　氏名［　　　　　　　　　　　　　　　　　　］

1. 酸性の硫化水素泉が臭い理由を物理化学的に説明せよ。

2. 温泉には、硫黄泉や硫酸塩泉などがある。硫黄の酸化との関係から説明せよ。

3.　粒子間に働く、反発力の源とは何か、説明せよ（再掲）。

4. 表面電位について、導体と絶縁体それぞれの場合を比較しながら、説明せよ。（裏面使用のこと）

講義で渡した、プリントはここ

講義で紹介した式の導出の詳細はここ

平成10年5月26日

小テスト＆基本調査

裏面を使用してよい。

番号［　　　　　　　　　　　　　　　］　氏名［　　　　　　　　　　　　　　　　　　］

1. 酸性の硫化水素泉が臭い理由を物理化学的に説明せよ。

関係する、平衡式を書いてみると次のようになる。

(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。ちなみに、HS^-やS^2-には、臭いはない。ガス状になるので、臭ってくるのである。

2. 温泉には、硫黄泉や硫酸塩泉などがある。硫黄の酸化との関係から説明せよ。

　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

のように、右に行くほど酸化数が増えていく。実際のイオンに当てはめると次のようになる。

S^2-→ S⁰→ SO₂^2-→ SO₃^2-→ SO₄^2-

となり、左から、硫黄イオン、単体硫黄、次亜硫酸イオン、亜硫酸イオン、硫酸イオン、の順である。火山性の温泉の近くで単体硫黄が多く採取されるのは、水中に混ざっていた硫黄イオンが急速に冷える段階で、酸化を受けるためであろう。一方、温泉成分で、硫酸イオンなどが含まれている温泉は、時間が経過している温泉で、肌には優しいと言えよう。酸化状態から言えば、硫黄が酸化された方が、刺激が和らぐという感じであろうか。

3.　粒子間に働く、反発力の源とは何か、説明せよ（再掲）。

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。

4. 表面電位について、導体と絶縁体それぞれの場合を比較しながら、説明せよ。（裏面使用のこと）

導体の場合