微粒子合成化學(xué)講義

1、微粒子合成化學(xué)?講義,村松淳司,http://res.tagen.tohoku.ac.jp/mura/kogi/E-mail: mura@tagen.tohoku.ac.jp,コロイドとは何か,理化學(xué)辭典にみるコロイド物質(zhì)がふつうの光學(xué)顕微鏡では認められないが、原子あるいは低分子よりは大きい粒子として分散しているとき、コロイド狀態(tài)にある、という。コロイド粒子自體は定義が難しく、分散狀態(tài)にあるときのみを、コロイド狀態(tài)、と定義できる

2、では、巨大分子が溶けているのと、何が違うのだろうか？,,,,,,,,,,,,,,,1m,10cm,1cm,1mm,100μm,10μm,1μm,100nm,10nm,1nm,1?,,光學(xué)顕微鏡,電子顕微鏡,,,,,,,,,,ソフトボール,硬貨,パチンコ玉,小麥粉,花粉,タバコの煙,ウィルス,セロハン孔徑,,,,,,,,,,,,,100μm,10μm,1μm,1nm,100nm,10nm,,,,,,微粒子,超微粒子,クラスター,ナノ粒子,

3、サブミクロン粒子,,コロイド分散系,粒子徑による粒子の分類,4,別府?地獄めぐり,,5,別府?海地獄,,6,そのシリカコロイドの　　　　電子顕微鏡寫真,鳴子溫泉「すがわら」のコロイド,7,牛乳,,,,,,,,,水,乳脂肪,タンパク質(zhì),,10,11,12,13,14,ビール,移流集積によって下から上に運ばれ、二次元の結(jié)晶構(gòu)造を形成するコロイド。下の方のコロイドは動いているためブレている。永山國昭（東京大學(xué)教養(yǎng)學(xué)部）,ビールの泡,ビール

4、の泡,分散と凝集,コーヒー牛乳に塩を入れる,コーヒー牛乳だけ,1 mol/L KCl溶液,乳脂肪が浮上している,,なぜ、乳脂肪は浮上したか？,乳脂肪は水よりも軽い牛乳は乳脂肪が分散したもの塩を入れることで「凝集」して浮上した,,分散と凝集,分散とは何か溶媒中にコロイドが凝集せずにただよっている凝集とは何かコロイドがより集まってくる物質(zhì)は本來凝集するもの分子間力→van der Waals力,,分散と凝集?。ㄆ胶庹摰目?/p>

5、察）,凝集van der Waals力による相互作用分散靜電的反発力粒子表面の電位による反発,分散,凝集,,分散と凝集　（速度論的考察）,分散するためには平衡的に分散條件にあること速度論的に分散條件にあることブラウン運動（熱運動）,,分散,速度論：ブラウン運動,分散の平衡論的な解釈は、靜電的反発力であるが、水の中を漂い、空気の中に分散する、コロイド粒子の動き、つまり速度論的解釈は、ブラウン運動 Brownian mot

6、ion である。,分散,速度論：ブラウン運動,粒子がブラウン運動を起こして（不規(guī)則な運動）いるとすると、ブラウン運動は粒子の熱運動であるので、粒子１個について、kTのエネルギーを持っている。これが運動エネルギーに変換されているとするとkT = 1/2 mv2となる。,分散,速度論：ブラウン運動,Einsteinの統(tǒng)計的計算によると、粒子１個がブラウン運動によって、t時間にx方向へ移動する平均距離xは、Dは、粒子の拡散定數(shù)。Ei

7、nsteinは、さらに、拡散定數(shù)に関する式を提出した。ここで、fは摩擦係數(shù)と呼ばれるもので、粒子が媒質(zhì)の分子に比べて非常に大きいとき、Stoksの法則がなりたつ。,分散,速度論：ブラウン運動,ここで、ηは物質(zhì)の粘度、aは粒子半徑である。結(jié)局、となる。Rは気體定數(shù)、NAはアボガドロ數(shù)。,分散,速度論：ブラウン運動,たとえば、20℃、蒸留水中において、粒子の１秒後の変位xを計算すると、つぎのようになる。粒子半徑１秒後の変

8、位（μm）1 nm20.710 nm6.56100 nm2.071μm0.656である。,分散,分散するか凝集するか,平衡論靜電的反発力コロイドの界面電位による速度論コロイド同士の衝突←熱運動と衝突確率,靜電的反発力とは,力の源は、粒子の表面電位表面電位が絡(luò)んでいる現(xiàn)象電気泳動電気浸透沈降電位,電気泳動,電気泳動というのは、電気を帯びた分子（イオン）が、電圧によって動く現(xiàn)象のことプラスの電

9、気を帯びた分子はマイナス電極へ、マイナスの電気を帯びた分子はプラスの電極へ、引きつけられるコロイドも同じ。電圧のかかっている場所（電場）の中で、コロイド全體としての電荷の反対符號の電極の方向へ動く,表面電荷,,,,,,34,,,35,,,36,,,,,,,,,水,乳脂肪,タンパク質(zhì),,牛乳では,ブラウン運動,37,,,,,,,,,水,煤,膠,,墨汁では,ブラウン運動,38,墨汁と膠,古墨の価値とは、原料の煤が作られた時代が古いことで生

10、じるのではなく、実際に墨として製造されてからの経時変化により生じる様々の事象により創(chuàng)成される?！∧沃髟悉稀该海à工梗工取改z（にかわ）」。墨を摺るという作業(yè)で、煤と膠がうまく混合された水溶液＝墨（液）ができる。,http://www.minase.co.jp/syouhin/sumi/koboku.htm,39,墨汁と膠,この墨（液）中の煤をコロイド狀に保つのが膠の役目で、コロイド狀態(tài)であるからこそ、紙に書いた時、水分が紙の中を拡

11、散していく、その水分と共に墨の主成分である煤も水分に乗って拡散していく。　コロイド狀態(tài)が完全であればあるほど、拡散していく水分に含まれるコロイド粒子(墨の煤)量と最初に筆が入った墨跡の煤量との差が少なくなる。つまり、筆跡とその周辺へと滲んでいく水溶液に含まれる粒子量の差により出來る濃淡の差が僅かしか生じないと言うことになる。,40,墨汁と膠,保護コロイド：疎水コロイドを処理して＝膠を加えて＝親水コロイドにしたもの　例：墨汁　　疎水コロ

12、イドである炭素のコロイドに膠を加えて親水コロイドにする→保護コロイド）　固形墨を摺って得た墨（液）はこの「保護コロイド」?fàn)顟B(tài)にある?！」绦文蠒rの経過と共に、その構(gòu)成物で有機物の膠が分解していき、分解が一定以上進むと、固形墨を摺ることにより得られる墨（液）は十分な保護コロイドを形成することが出來なくなってくる。,41,墨汁と膠,墨（液）の水分に乗って移動するコロイド粒子＝煤の量が減少するのだ。これにより、筆が最初に通った墨跡と、そこ

13、から滲んでいった（水分が移動していった）墨跡の濃度に差＆変化が生ずる?！·长文浚揭苿婴工朊氦瘟浚饯尾瞍鋲浠紊阜饯胜嗓?、新しい墨、つまり膠が十分で、完全な保護コロイドになっている墨（液）では表現(xiàn)不可能な作風(fēng)を創(chuàng)作するのだ?！」拍蚴工Δ妊预Δ长趣?、墨が作られた後、十分な時間経過があってはじめて表現(xiàn)可能になる作品の表現(xiàn)方法、墨色の濃淡の差を取り込んだ作品の作成を可能にする、それだからこそ古墨は価値が認められるのだ。,42,墨汁と膠

14、,墨の外観に時代をつける＝古く見せる＝化粧方法が進んだ今、本當(dāng)に古くなった墨かどうかの判斷は、実際に墨を摺り、書き、その墨跡の濃淡の差などにより判斷するのが一番間違いのない、或いは間違いの少ない方法?！·长欷摔辖U験が必要。実際に數(shù)多くの墨を摺って、そして実際に書いて、墨の変化の様子を視るという一番単純な経験を重ねることで、少しずつ墨の経時変化の判斷が正確になっていく,43,墨汁と膠,古墨の価値は、前述の主題になった「にじみ」の変化に加

15、えて、墨色の冴え?切れなど、文章では十分に伝えることが困難な、そして困難であるのに、経験が無くとも、何か他とは違う美しさや魅かれる何かが感じられ、更に経験を積むことでその感覚が無限の領(lǐng)域へと広がっていく。それらが古墨の持つ美的領(lǐng)域?価値には含まれるのだ。,44,分散と凝集　　DLVO理論へ,Derjaguin，Landau，Verway，OverbeekB.V.Derjaguin and L.Landau;Acta Physico

16、chim.,URSS, 14, 633 （1941）.E.J.W.Verwey and J.Th G Overbeek; Theory of the Stability of Lyophobic Colloids, 193 （1948）.,45,46,分散と凝集,分散とは何か溶媒中にコロイドが凝集せずにただよっている凝集とは何かコロイドがより集まってくる物質(zhì)は本來凝集するもの分子間力→van der Waals力,,47

17、,分散と凝集?。ㄆ胶庹摰目疾欤?凝集van der Waals力による相互作用分散靜電的反発力粒子表面の電位による反発,,分散,凝集,48,分散と凝集,van der Waals力による相互作用靜電的反発力Vtotal = VH + Vel VH : van der Waals力による相互作用エネルギー Vel : 靜電的反発力による相互作用エネルギー,考え方,49,分散と凝集,Vtotal = VH + Vel

18、 VH : van der Waals力による相互作用エネルギー Vel : 靜電的反発力による相互作用エネルギーVtotalが正→粒子は分散Vtotalが負→粒子は凝集,考え方,50,靜電的反発力,51,靜電的反発力,粒子表面は電荷を帯びている証拠：電気泳動などこれが靜電的反発力の源ではないかここからスタートする,52,表面電荷,,53,粒子表面の電荷,イオンの周りの電子雲(yún)と同じ離れるほど電位は小さくなるでは、な

19、ぜ電荷を帯びるのか,54,粒子が電荷を帯びる理由,酸化物の場合-Si-O-H → -Si-O– + H+プロトンが解離して負電荷空気の場合何らかのイオンが吸著,55,,,56,,,57,,,58,電位は遠ざかると下がる,Helmholtz理論Gouy-Chapman理論Stern理論,59,Helmholtz理論,60,Gouy-Chapman理論,拡散二重層,,61,Stern理論,直線で下がる,,Stern面,,Sl