いつものように、ヴァイオリンのレッスンに早めに行き、イオンの本屋でイオンについての技術書を探索。
また、良さげな本を見つけました。
「吸着の科学」丸善出版 という本です。
そう、吸着には固体表面(孔を含めた)形が起因します。
こうあります。「くぼみなどで表面吸着ポテンシャルが異なる。粒子が細かいほど顕著な性質となる。」
その面が不均一な部分に、様々な物質が吸着します。
特に粒子が小さいほど顕著に。(表面積が大きくなりますから。)
なるほど、そうですよね。
燃料電池のセパレーターの表面もそうでした。
次に、表面の物理化学的状態について。
物質の表面は外部にさらされているので、吸着分子と酸化,還元,分解などの反応を起こしやすい。
また、内部の不純物イオンや原子や分子は、ゆっくりと表面に向かって拡散し、凝集して安定状態になる。
そういうことなんですね。
そうやってイオン交換されていく。
更に、吸着のメカニズムは8つあるとのことで、エネルギーの低い順に、
1.London分散力
原子や分子が近接すると、電気相互作用引力が発生する。
2.電気双極子間相互作用
電子の親和性の違う原子が化学結合していると、親和性の高い原子の方に電子分布が片寄る。
3.電気四重極子相互作用
表面の隣り合った原子のグループの間に4極の電荷分布の片寄りができたとき、電気四重極子モーメントをもつ。
以上の1,2,3はどれもファンデルワールス力に分類される。
4.静電引力
金属A,Bの場合は、フェルミ準位が等しくなるようにエネルギー準位がわずかに移動し、表面に接触電位差ができる。
これは専門的でわかりにくいかもしれません。
フェルミ準位の話は、物理化学の専門書を理解しないとちょっと難しいかもしれませんね。
また、固体や液体の絶縁体同士の接触でも表面に静電荷が発生し、数千Vにおよぶ高い電圧で弱い電気量の電場を作る。
固体表面の酸または塩基サイトにより、正+または負-に帯電する。
電場が与えられると、粒子は反対電荷に移動する。
まさしくイオン交換ですね。
官能基が酸性である-OHヒドロキシ基、-COOHカルボキシル基など、塩基性である-NH2などの場合、水中で電解質アニオン,カチオンとイオン交換を起こします。
これですね、これがKonadeなど水中の極性粒子がイオン交換するメカニズムかと思うのですが。
先日、国立大学の産学連携機構に、水中粉末物質の作用つまりKonadeのメカニズム解明に関する共同研究の相談を行いました。
適応先生を探して頂き、了解が得られれば、正式な契約を交わして研究開始となります。
共同研究の形でやらせて頂こうと思っています。
KaNaDe開発当時のときも、共同研究でやりましたので。
長くなりますので、5,6,7,8は次回に続きます。