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<979D89F E B E786C7378>

F コンデンサーの静電容量高校物理において コンデンサーは合同な 2 枚の金属板を平行に並べたものである 電池を接続すると 電圧の高い方 (+ 極 ) に接続された金属板には正の電気量 Q(C) が 低い方には負の電気量 -Q(C) が蓄積される 正負の電気量の絶対値は等しい 蓄積された電気量 Q

木村の物理小ネタ ケプラーの第 2 法則と角運動量保存則 A. 面積速度面積速度とは平面内に定点 O と動点 P があるとき, 定点 O と動点 P を結ぶ線分 OP( 動径 OP という) が単位時間に描く面積を 動点 P の定点 O に

2. 原理 コンデンサーに電気を蓄える作業を充電という. コンデンサーから電気を流出させる作業を放電という. コンデンサーの2つの電極に, 導線で電池の両極を接続して充電する. 最終的には, 電池の正 ( 負 ) 極と接続されたコンデンサーの電極は, 電池の正 ( 負 ) 極と同じ電位になる ( 導

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I-2 (100 ) (1) y(x) y dy dx y d2 y dx 2 (a) y + 2y 3y = 9e 2x (b) x 2 y 6y = 5x 4 (2) Bernoulli B n (n = 0, 1, 2,...) x e x 1 = n=0 B 0 B 1 B 2 (3) co

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C el = 3 2 Nk B (2.14) c el = 3k B C el = 3 2 Nk B

: (a) ( ) A (b) B ( ) A B 11.: (a) x,y (b) r,θ (c) A (x) V A B (x + dx) ( ) ( 11.(a)) dv dt = 0 (11.6) r= θ =

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電磁気学 A 練習問題 ( 改 ) 計 5 ページ ( 以下の問題およびその類題から 3 題程度を定期試験の問題として出題します ) 以下の設問で特に断らない限り真空中であることが仮定されているものとする 1. 以下の量を 3 次元極座標 r,, ベクトル e, e, e r 用いて表せ (1) g

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No δs δs = r + δr r = δr (3) δs δs = r r = δr + u(r + δr, t) u(r, t) (4) δr = (δx, δy, δz) u i (r + δr, t) u i (r, t) = u i x j δx j (5) δs 2

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D 液 日団協技術資料 D 液 地上設置式横型バルク貯槽等の発生能力 1. 制定目的 バルク貯槽又はバルク容器 ( 以下 バルク貯槽等という ) を設置し 自然気化によってLP ガスを消費しようとする場合 需要家の消費量に対して十分な量のLPガスを供給すること

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, 1.,,,.,., (Lin, 1955).,.,.,.,. f, 2,. main.tex 2011/08/13( )

. ev=,604k m 3 Debye ɛ 0 kt e λ D = n e n e Ze 4 ln Λ ν ei = 5.6π / ɛ 0 m/ e kt e /3 ν ei v e H + +e H ev Saha x x = 3/ πme kt g i g e n

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H AB φ A,1s (r r A )Hφ B,1s (r r B )dr (9) S AB φ A,1s (r r A )φ B,1s (r r B )dr (10) とした (S AA = S BB = 1). なお,H ij は共鳴積分 (resonance integra),s ij は重

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2018/6/12 表面の電子状態 表面に局在する電子状態 表面電子状態表面準位 1. ショックレー状態 ( 準位 ) 2. タム状態 ( 準位 ) 3. 鏡像状態 ( 準位 ) 4. 表面バンドのナローイング 5. 吸着子の状態密度 鏡像力によるポテンシャル 表面からzの位置の電子に働く力とポテン

. µ, v i E i p i µ µv i p i p f µv i, momentum tansfe q p p i p f q p i cos Θ) 4p i sin Θ/) q p i sinθ/) p f p i q z ) q F z dt φ φ z z e cos ρdt d L

Chap2

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ଗȨɍɫȮĘർǻ 図 : a)3 次元自由粒子の波数空間におけるエネルギー固有値の分布の様子 b) マクロなサイズの系 L ) における W E) と ΩE) の対応 として与えられる 周期境界条件を満たす波数 kn は kn = πn, L n = 0, ±, ±, 7) となる 長さ L の有限

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物性物理学 I( 平山 ) 補足資料 No.6 ( 量子ポイントコンタクト ) 右図のように 2つ物質が非常に小さな接点を介して接触している状況を考えましょう 物質中の電子の平均自由行程に比べて 接点のサイズが非常に小さな場合 この接点を量子ポイントコンタクトと呼ぶことがあります この系で左右の2つ

2. コンデンサー 極板面積 S m 2, 極板間隔 d m で, 極板間の誘電率が ε F/m の平行板コンデンサー 容量 C F は C = ( )(23) 容量 C のコンデンサーの極板間に電圧をかけたとき 蓄えられる電荷 Q C Q = ( )(24) 蓄えられる静電エネルギー U J U

フィードバック ~ 様々な電子回路の性質 ~ 実験 (1) 目的実験 (1) では 非反転増幅器の増幅率や位相差が 回路を構成する抵抗値や入力信号の周波数によってどのように変わるのかを調べる 実験方法 図 1 のような自由振動回路を組み オペアンプの + 入力端子を接地したときの出力電圧 が 0 と

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定義する µ w = G で a w µ NaCl = G a NaCl であるから, 部分モルギブスエネルギーを用いて塩化ナトリウム水溶液のギブスエネルギーを次式のように表すことができる total E w w NaCl ( ln ) () G = n G + mg + G mr m 式 () 中

s ss s ss = ε = = s ss s (3) と表される s の要素における s s = κ = κ, =,, (4) jωε jω s は複素比誘電率に相当する物理量であり ここで PML 媒質定数を次のように定義する すなわち κξ をPML 媒質の等価比誘電率 ξ をPML 媒質の

Ⅲ-2 酸 塩基の電離と水素イオン濃度 Ⅲ-2-1 弱酸 Ex. 酢酸 CH 3 COOH 希薄水溶液 (0.1mol/L 以下 ) 中では 一部が解離し 大部分は分子状で存在 CH 3 COOH CH 3 COO +H + 化学平衡の法則より [CH 3 COO ][H + ] = K [CH 3

4.6 (E i = ε, ε + ) T Z F Z = e βε + e β(ε+ ) = e βε (1 + e β ) F = kt log Z = kt log[e βε (1 + e β )] = ε kt ln(1 + e β ) (4.18) F (T ) S = T = k = k

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素粒子物理学2 素粒子物理学序論B 2010年度講義第4回

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ii 3.,. 4. F. (), ,,. 8.,. 1. (75% ) (25% ) =9 7, =9 8 (. ). 1.,, (). 3.,. 1. ( ).,.,.,.,.,. ( ) (1 2 )., ( ), 0. 2., 1., 0,.

平成27年度 前期日程 化学 解答例

W u = u(x, t) u tt = a 2 u xx, a > 0 (1) D := {(x, t) : 0 x l, t 0} u (0, t) = 0, u (l, t) = 0, t 0 (2)

) a + b = i + 6 b c = 6i j ) a = 0 b = c = 0 ) â = i + j 0 ˆb = 4) a b = b c = j + ) cos α = cos β = 6) a ˆb = b ĉ = 0 7) a b = 6i j b c = i + 6j + 8)

ハートレー近似(Hartree aproximation)

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1 2 1 a(=,incident particle A(target nucleus) b (projectile B( product nucleus, residual nucleus, ) ; a + A B + b a A B b 1: A(a,b)B A=B,a=b 2 1. ( 10

B. モル濃度 速度定数と化学反応の速さ 1.1 段階反応 ( 単純反応 ): + I HI を例に H ヨウ化水素 HI が生成する速さ は,H と I のモル濃度をそれぞれ [ ], [ I ] [ H ] [ I ] に比例することが, 実験により, わかっている したがって, 比例定数を k

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N/m f x x L dl U 1 du = T ds pdv + fdl (2.1)

木村の理論化学小ネタ 理想気体と実在気体 A. 標準状態における気体 1mol の体積 標準状態における気体 1mol の体積は気体の種類に関係なく 22.4L のはずである しかし, 実際には, その体積が 22.4L より明らかに小さい

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m d2 x = kx αẋ α > 0 (3.5 dt2 ( de dt = d dt ( 1 2 mẋ kx2 = mẍẋ + kxẋ = (mẍ + kxẋ = αẋẋ = αẋ 2 < 0 (3.6 Joule Joule 1843 Joule ( A B (> A ( 3-2

DLVO 理論 :1 次元の平板問題の場合 ψ : ψ 溶液中のポテンシャル ( 電位 ) d e eziψ e eziψ = n exp 1 i zi ni zi dx ε i kt ε i kt ポアソン方程式 : d ψ = dx κψ σ 電極表面電荷密度 : e zn i κ = εkt

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微分積分 サンプルページ この本の定価 判型などは, 以下の URL からご覧いただけます. このサンプルページの内容は, 初版 1 刷発行時のものです.

nm (T = K, p = kP a (1atm( )), 1bar = 10 5 P a = atm) 1 ( ) m / m

Transcription:

環境表面科学講義 http://res.tagen.tohoku.ac.jp/~liquid/mura/kogi/kaimen/ E-mail: mura@tagen.tohoku.ac.jp 村松淳司

分散と凝集 ( 平衡論的考察! 凝集! van der Waals 力による相互作用! 分散! 静電的反発力 凝集 分散! 粒子表面の電位による反発

分散と凝集 考え方! van der Waals 力による相互作用! 静電的反発力 V total = V H + V el V H : van der Waals 力による相互作用エネルギー V el : 静電的反発力による相互作用エネルギー

分散と凝集 考え方 V total = V H + V el V H : van der Waals 力による相互作用エネルギー V el : 静電的反発力による相互作用エネルギー V total が正 粒子は分散 V total が負 粒子は凝集

静電的反発力

静電的反発力! 粒子表面は電荷を帯びている! 証拠 : 電気泳動など! これが静電的反発力の源ではないか! ここからスタートする

電位は遠ざかると下がる! Helmholtz 理論! Gouy-Chapman 理論! Stern 理論

表面電位 ψ 表 面 Helmholtz 理論 溶媒中 ( バルク ζ 電位 距離

表面電位 ψ 表 面 Gouy-Chapman 理論 拡散二重層 溶媒中 ( バルク ζ 電位 距離

表 面 表面電位 ψ 直線で下がる Stern 面 Stern 電位 ζ 電位 Stern 理論 拡散二重層 溶媒中 ( バルク Slip 面 距離

現実的にはどう考えるか! 実測できるのはζ 電位! ζ 電位 =Stern 電位と置ける! それなら ζ 電位 =Stern 電位を表面電位と見なして考えよう! Stern 理論ではなく Gouy-Chapman の拡 散二重層理論を実社会では適用

表面電位 ψ=stern 電位 ψd と考える 表 面 溶媒中 ( バルク 距離

1. 拡散層中のイオンの濃度はボルツマン分布に従う z+ eψ n+ = n + exp (1 kt z eψ n = n exp kt n: 拡散層中のイオンの個数濃度 n : バルク溶液中のイオンの個数濃度 z: イオンの価数 k: ボルツマン定数 T: 温度 ψ: 問題にしている点における電位 +,-: 陽イオン 陰イオンを表す

表面の電位 : ψ は電位決定イオンのバルク活量 c によって RT c ψ = ln zf c ( R: 気体定数 c : c at ψ =

拡散層内における電位は Poisson の式 ψ ψ ψ ρ ψ = div (grad ψ = + + = x y z を基礎にして求められる r : 溶液の比誘電率 : 真空の誘電率 ρ: 電荷密度 r (3

ρ: 電荷密度は 対称型電解質 ( ρ = ze( n + n = nze exp = nze sinh zeψ kt zeψ kt z z = z, n = n = n に対して + = + exp zeψ kt (4

従って 平板電気二重層に対する Poisson-Boltzmann 式は (3,(4 式から x 方向だけを考えて d ψ nze zeψ = sinh (5 dx kt r (5 式を積分して zeψ zeψ tanh = tanh exp( κx 4kT 4kT (6

zeψ kt <<1なら (5 式は d dx ψ = κ ψ ただし κ = nz e kt r 5 水溶液では特に 9 κ = 3.3 1 z c (7 式を解くと ψ = ψ exp( κ x (7 (8 (9 (1 この κ は Debye-Huckel パラメータと呼ばれる

平板間の相互作用をまず考えよう 次に平板電気二重層間の相互 作用を考える

溶液中の 枚の平行平板 ( 板間距離 : h に作用する力 P は P = P E + P O 静電気成分 + 浸透圧成分 ( 電気力線により内側に引かれる力 + ( 対イオンの浸透圧により外側へ押される力 P P E O r = = ( n + n + dψ dx kt nkt (15 (16

P O は常に P E よりも大きく 板は反発力を受ける板の接近過程で表面の電位 ψ が変化しなければ P E の寄与を無視して (1 と (16 の P O の式から 板の受ける反発力 P R (h は単位面積あたり ( このときの考え方は つの平板の丁度中間の面と無限遠の面を考え 中間の面上では 対称性から電場は零 無限遠の平面でも電場は零であるから 浸透圧成分のみを考えればよい ということになる P R zeψ h / ( h = nkt cosh 1 kt ψ /h : 板間の中央における電位 (17

相互作用が弱ければ ψ h/ は単独の電気二重層の電位 ψ s(h/ の 倍と考えて zeψ / 4kT << 1 then tanh( zeψ / 4kT zeψ / 4kT より (6 式から ( この近似は 後述するように ψ< mv のとき成立する ψ ( h / γ = 8kT h = γ exp κ ze zeψ tanh 4kT (18 (19

(17 式で zeψ h / / kt << 1 then PR ( h nkt{ zeψ h / / kt} より これに (18 式を代入して ( この近似は κh>1 つまり h が電気二重層の厚さよりも長いところで成り立つ近似には cosh y 1 + y を使用した すると P R ( h = 64nkTγ exp( κh (

従って 平板間の電気二重層の相互作用エネルギーは V R ( h h = P R ( h dh = 64nkT κ γ exp( κh (1

次に球形粒子間の相互作用を 考える 次に球形粒子間の相互作用を考えよう

Derjaguin 近似から球形粒子の相互作用力へ Derjaguin 近似 : 半径 a 1 と a の球形粒子の最近接距離 H のとき (H<<a 1,a P R ( H = π a a 1 V ( a H 1 a R + (1 と ( より a 1 =a =a のとき P R ( H = 64πankT κ γ exp( κh ( (3

従って 半径 a の球形粒子の相互作用エネルギーは V R ( H H = PR ( H dh 64πankT = γ exp( κh κ (4

いま zeψ 4kT << 1 then tanh( zeψ / 4kT ze / 4kT / ψ のとき (3,(4 式は (zeψ =4kTは 1:1 電解質で 5 で ψ =13 mv のとき成立 ψ = mv 以上では zeψ /4kT と tanh{ zeψ /4kT} に 1% 以上のずれが生じるので mv 以下でこの近似は成り立つとしてよい P V R R ( H ( H = = πa πa r r (13 式を使うと κψ h exp( κ ψ h exp( κ (5 (6

exp( ( h a H P r R κ κψ π = exp( ( h a H V r R κ ψ π = (13 式を使うと exp( ( H a H P r R κ κ σ π = exp( ( H a H V r R κ κ σ π = (5 (6 (7 (8 (13 κψ σ r =

van der Waals 相互作用 凝集の源 van der Waals 力の近似式 aa P A ( H = 1H aa V A ( H = 1H A は Hamaker 定数 (9 (3

全相互作用エネルギーは 1 exp( ( H aa H a H P r T = κ κ σ π H aa H a H V r T 1 exp( ( = κ κ σ π が得られる あるいは H aa h a H V r T 1 exp( ( = κ ψ π (31 (3 (33

式の意味を考える 溶液条件によってどう変わるのか

V T ( H = π a r ψ exp( κh aa 1H r,, ψ, Aは定数 aは粒子サイズ とすると 変化するのは κ だけ

κ = nz r e kt eは電気素量 kはボルツマン定数 r は誘電率 n z T イオン個数濃度 イオンの価数 絶対温度

n イオン濃度 増加 z イオンの価数 増加 T 絶対温度 減少 κ 増加

V T ( H = π ψ κ a r exp( H aa 1H これを図に書いてみる

電気二重層による反発力 トータル van der Waals 引力

電気二重層による反発力 トータル van der Waals 引力