こんにちは⭐ ミドリケムです。
本日はコロイドの電気的性質について解説していきます。
前回のブログは以下↓↓
コロイド溶液の安定性について
前回のブログでコロイド粒子が10-9~10-6m程度のサイズであると解説しました。ではなぜ沈殿しないのか疑問に思ったりしましたか？沈殿しない理由は以下の3つです。
1.ブラウン運動
2.コロイド粒子の電気的反発
3.コロイド粒子の表面と溶媒との相互作用
2.3.に関しては電気的性質が関わっていますね。コロイドも表面にイオンが存在すると、電荷を帯びます。
逆をいえば、この電荷反発や溶媒和が無くなるとコロイドは沈殿します。それについて解説していきます。
コロイドの沈殿
凝析とは？
電気的反発しているコロイド粒子を沈殿させてみましょう。
例として、水酸化鉄(Ⅲ)(化学式はFe(OH)3であるが、不安定なため実際は酸化水酸化鉄FeO(OH)であることが多い）のコロイド溶液(分散媒は水)を沈殿させることにしましょう。
水酸化鉄(Ⅲ)は水に不溶なため、電離しません。しかし、コロイド粒子並に小さくなり、見かけ上は赤褐色の水溶液の様です。
このように、水和されにくいコロイドのことを疎水コロイドといいます。
水酸化鉄(Ⅲ)は-OH基はむき出しになっているため、ここに未反応のFe3+やH+がくっつきます。つまり、表面は正電荷です。そのため、電荷反発によりコロイド粒子として存在しています。
そのコロイド溶液に電解質として硫酸ナトリウム水溶液Na2SO4aqを少量加えると、硫酸イオンSO42-がコロイド粒子同士の仲介となり電荷反発が抑えられ、コロイド粒子同士が凝集して沈殿します。図示すると、以下の通りです。
凝集して析出したため、この現象を凝析といいます。
塩析とは？
次に、溶媒と相互作用しているコロイド粒子を沈殿させてみましょう。
水と水和しているコロイド、すなわち親水コロイドはイオンの様に水分子と相互作用しているため、沈殿しません。それでは水和した水分子を剝がしましょう。
親水コロイドにも硫酸ナトリウム水溶液Na2SO4aqを加えると、電解質がコロイドから水分子を引き剝がします。その後は凝析と同様、対となるイオンにより沈殿します。そのため、疎水コロイドよりは電解質が多量に必要としています。図示すると、以下の通りです。
分散媒分子を一度引き剥がした後に凝析する現象を塩析といいます。
この様に、親水コロイドは疎水コロイドより沈殿しにくいです。逆に言うと、疎水コロイドの表面を親水コロイドで覆いかぶせることで安定して分散させることができます。この親水コロイドのことを保護コロイドといいます。
電気二重層とは？
先程のコロイドの図は簡単に描きましたが、コロイド表面について、もう少し詳しく解説します。
コロイド粒子の表面は帯電しており、その周囲には反対符号のイオンが集まります。粒子のすぐ近くには強く引き寄せられたイオンの層（固定層）ができ、その外側にはイオンがゆるやかに拡散する層(拡散層)が存在します。
この時にできた二重の層を電気二重層といいます。
粒子が水中で移動するとき、固定層が一部の水分子とともに動きます。このとき実際に粒子と共に運動する境界面を「すべり面」と呼び、その面での電位をζ（ゼータ）電位といいます。
イメージで例えると、コロイドは固定層というコートを着ており、当然、コロイドが動くと固定層というコートも一緒に動きます。また、その時のコートの外側の表面(すべり面)の電位がζ電位です。
文章では中々理解しにくいため、図示します。
コロイド表面ー固定層ーすべり面(ζ電位)ー拡散層という順で並んでいます。
コロイド表面を正電荷だとすると、電気二重層は負電荷が集まります。固定層までは電荷は直線的に低下していきますが、固定層(ζ電位)以降は指数関数の様に低下していきます。
ちなみに、測定でわかるのはζ電位のみです。
まとめ
・疎水コロイドを析出させる方法は凝析(電解質は少量)
・親水コロイドを析出させる方法は塩析(電解質は多量)
・保護コロイド…疎水コロイドを保護する役割をもつコロイド
・表面に電荷を帯びたコロイドには固定層と拡散層という二つの電気二重層が存在し、
固定層と拡散層の間にあるすべり面の電位をζ電位という。
測定はζ電位のみ測れる。
以上がコロイドの簡単な解説です。次回は界面活性剤について解説しようかと思います。
本日のブログはここまで！！ 最後まで読んで頂きありがとうございました！！
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