硫 に 実 礎 基 る す 関 径 粒 の ド イ ロ コ 験 黄
愛 崎学等高校岡立県 知
ス パーサイエンス部コロイド班 ー
１ は じ め に
河 口 の 三 角 州 の 形 成 に 泥 コ ロ イ ド 粒 子 の 凝 析 が 関 わ っ て い る こ と を 知 り
、 河 口 に お
い て
、 ど の よ う に 泥 コ ロ イ ド が 沈 殿 し て い く の か 研 究 し た か っ た
。 泥 コ ロ イ ド の 堆 積 の 様 子 を 調
る た め に は
、 コ ロ イ ド の 粒 径 を 知 り
、 そ の
変 のドの作成方法や、粒径測ロ定方法がわからなかったイコ。あを探ることが不可欠でる泥。しかし、均一な粒径の 化
そ こ で
、 泥 コ ロ イ ド と
同 成ドを選んだ理由は、作がロ比較的容易だからであるイコ。コに負の電荷をもつ硫黄ロ黄イドの性質を調べた。硫 様
本 研 究 で は
、 分 光 光 度 計 に よ
り
、 硫 黄 コ ロ イ ド の 状 態 を 評 価 す る 方 法 を
検 をまた、硫黄が負の電荷持たつ原因についても探った。べ。下し、さまざまな条件ので調の硫黄コロイドの性質を 討
２ 研 究 内 容
コ ロ イ ド 粒 子 は 電 子 顕 微 鏡 で
な い と 判 別
で 、は不可能である。また肉測眼による観測もできない定の。るない大きさの粒子であた径め、光学顕微鏡による粒 き
そ でたし目着に象現ルダンチるあ質性の有特液散分ドイロコ、で。 こ
真
溶 液 に お け る 溶 質 の 粒 径 は
、 一 般 的 な 光 の 波
長 し溶液を通過する。しか、なコロイド粒子は１～１０くと０めりもはるかに小さいた、こ光はほとんど散乱される よ
nm程 1 のれる可視光も散乱さるで。これにより、写真あ光粒る径をもつ粒子であので、比較的長い波長の 度
の チできる。これがンとダル現象であるがこ。にうに、コロイド散る乱された光を見 よ
こ の 現 象 は
、 コ ロ イ ド 粒 子 の 特 殊 な 粒 径 に 起 因
す る も の で あ っ た た め
、 分 散 液 に 含 ま れ る 粒 径 に 違 い が あ れ ば
、 散 乱 さ れ る 光 の 波 長 の 分
布 は映されるのでなにいかと考えた反果。ス変わり、吸光ペ結クトルの測定 が
硫 (分 ) コロイド分散液液 黄 散
は 写真１ チンダル現象 硫ロ成できる疎水コイてド溶液である。作っ黄液のエタノール溶を水に加えることによ 、
吸 (Ａ ) 度Ｓ 光 Ｂ と
は
、 粒 子 に よ っ て 散 乱
・ 吸 収 さ れ た 光 の 度 合 い を 表 し て い る
。 吸 光 ス ペ ク ト ル を 測 定
す ロ順等を変えることのコイやド粒子への影響を調べた手法。をことでコロイドの状態知方り、硫黄コロイドの作成 る
( １ ) 定 方 法 の 検 討 測
（ ) 吸 ス ペ ク ト ル の 時 間 変 化 ア 光
は じ め に
、 し散液を３０分間測定、，吸光度の変化を調べた分に。と光度とコロイドの粒径のめ関係の有無を調べるた 吸
分 散 液 の 吸 光 ス ペ ク ト ル に は 再 現 性 が み ら れ る の で
、 図 １ に 代 表 例 を 示 す
。 時 間 の 経
に と も な っ て
、 波 長 の 短 い 光 に 対 す る 吸 光 度 は 小 さ く な り
、 波 長 の 長 い 光 に 対 す る 吸 光
度 のにともない、吸光度変経化は小さくなっていく過の。と大きくなっていくこが間わかった。さらに、時 は
吸 光 度 が
変 化 し て い く 要 因 と し て
、 粒 径 の 変 化 と 濃
度 る濃度の変化のみによも液のだとは考えられないの散。が化の二点が考えられる、分この吸光度の変化が、 変
ラ ン ベ ル ト ベ ー ル の 法 則 よ り
、 含 ま れ る 粒 子 の 粒 径
一 定 で あ る と き
、 溶 液 の 濃 度 が 変 化 す る と
、 そ の 吸 光 度 は 濃 度 に 比 例 す る の で
、 も し 分 散 液 中 の 粒
子 の 粒
径 るするはずだからであ。変ところが実際には、波化で長の一定であるならば、ど波合長の吸光度も一定の割 が
300nm以 300nm のる、ずらわかかもにな光さ小は度光吸のく 上
よ 200nm 小な、たま。るいてっくさ大は度光吸の光いき り
程 度 の 波 長 の 光 に 対 す る 吸 光 度 が 小 さ く な っ
て でみ起こっているわけはてないことを示しているのっ。度る。このことは、吸光のよ変化が、濃度の変化に い
分 散 液 の 作 成 の 段 階 で つ か う
エ 影変化がエタノールの響ルであるとも考えにくいのト。ほノールの吸光度は水とぼク等しいので、吸光スペ タ
観 察 実 験 か ら
、 硫 黄 コ ロ イ ド は 状 態 が 安 定 し て い な い コ ロ イ ド で あ
り
、 短 い 時 間 で 凝 集 す る こ と が わ か っ て い た の で
、
分 な関係しているのではい化かという仮説をたてたに変。変液の吸光スペクトルが化のしていく原因は、粒径 散
( イ ) 時 変 化 と 吸 光 度 間
分
散 液 の
状 態 と 吸 光 度 の 関
係 、ロイド溶液を作成し吸ら光スペクトルを比べたコか。まさらに知るために、含れ液る硫黄の量を変えた溶 を
0.1‰ と 0.2‰
の 黄エタノール溶液をつくり、 硫
エ 1:4 ノールと水の質量比が タ
に 整 るコ調を液散分ドイロ黄よ、え加を水にう硫 な
し
、 そ
れ ぞ ペをルクトス光吸のれ 150 秒 と 750 ご に
秒
間 測 定した。
溶液：水 溶液の濃度
A １：４ 0.1‰
B １：４ 0.2‰
表１ 濃度
２ (ピ 散液の吸光ペクトルの形分ス つ
ー イ等 注 ク 、 ヴァレ )に 目 150s す る と、
後
の 似 の 吸 吸 ス較ペるす光比トクをとルは形 、とるをルトクペス光み る、しかし。いてっ通 750s後 0.1‰
の 250nmの 300nm のにが度光吸るす対散ス液はでルトクペ 分 光
付 の 近 吸 光 いてし対にのてき大べ比に度、
逆 くな ラ の形が るいてっな。 っ て り、お に 0.2‰ で 低 グ フ 異 は
こ は、調 れ
整 して間もな 2 い と きは
つ
の 散液はよく 分
似 伴 異 状態であるがた 液散がの状態つの分２てっ、 るるいてし示をとこてくっな。 、 時 間経過に
ま 0.1‰ の 750 ｓ の 0.2‰ の 450s た 後 吸 光 ペクトルは、ス
後 の も の に よ く 似 た 形 を し て い る こ と
か 、より ら
多 伺 くの硫黄が るれわ。 含 ま 散化れるがとこるなくき大、は変液間のほうが、時あのた分の吸光度り
吸 光
ス ペ ク ト ル と 粒 径 と の 関 係 に つ い て の 仮 説 に 従
え 、くこり起沈殿が 進 ば うが化の径粒が変ほ含、濃の分散液にいまれるコロイド 速 考るれらえいとたっでん。
こ から、 こ
次 のような仮 説 を たてた。
仮 説
①硫 伴 コロイドは時間経過に 黄
い 凝 集 し て
、 粒 径 や 濃 度
が 変 化 していく。
②濃 速 分散液のほうが粒径変化が い
く 起 こ る
。
(ウ ) Ｗ Ｂ Ｅ
カ
メ ラによる 観 察 実験
凝 高度濃、がうほの液溶いの度濃、は間時るす要にの 集
低 短をいこいと、もりよ液溶 確認 するために、表 2
の 4種 の したような 示 類 分 散 液を
Ｗ
Ｅ Ｂ 行 カメ ラによる観察実験を った。
表 溶液・分散液の濃度 ２
溶 ： 液
水 定濃度 溶 分 推 の濃度液の 液 散
a 1： 9 0.2‰ 0.02‰ b 1： 4 0.1‰ 0.02‰ c 1： 4 0.2‰ 0.04‰ d 2： 3 0.1‰ 0.04‰
写 真 ２
、 ３ か ら わ か る よ う に
、 濃 度 の 高 い 溶 液 ｂ
・ ｄ
の 方 結計測定された果光からたてた仮説を度で光時が、凝集に分する要間は短い。これは、 裏付 けるものである。
以 上 の 結 果 か ら
、 吸 光 ス ペ ク ト ル は 粒 径
と 相 関 関 係 を も っ て い る こ と を 確 認 で き た の で
、 粒 径 の 小 さ い 粒 子 が 多 い と き は
、 短 い 波 長 の 光
よ く 散 乱
・ 吸
収 多 、粒径の大きい粒子が し
い と き は
、 長 い 波 長 の 光
を めた。 よ く 乱う散・とをいとるす収吸こ 前提 として実験を 進
(２ ) 検の響影るす対に径粒のドイロコ黄討 硫
硫 黄 粒 子 が い か に し て 電 荷 を も ち
、 疎 水 コ ロ イ ド と し て 液 中 に 分 散 す る の か を
調 べ る た め に
、 以 下 の 実 験 を 行 っ た
。 事 前
に 「 べたところ、 調
硫 黄 コ ロ イ ド の
電 何 とうい るす対いに 答 は解 。ならかっれた 荷 が よかるものに 」 問 明確 な 得
(ア ) とエタノールの割合 水
表 3 タノールと水の質量比 エ
硫 のの水とルーノタエ際の成作のドイロコ比 黄
率 径たべ調を響影のへ粒をるよにとこるえ変。
表 率 の比 ３
で 分 散
液 を 作 を図ろことたべ調、ル吸トし、成光スペク 4の トたれらえがルなクペス光吸う。 よ
な お
、 一 定 量 の 分 散
エタノール：水
① 1：4
② 2.5：2.5
③ 4：1
図４ 水とエタノールの比率
に 含 ま れ る 硫 黄 の 量 は 同 じ で あ る
。
① の 吸 光 ス ペ ク
ト と ル
他 と ルの吸光スペクトはほぼ一 致 光吸の ② ③ している。 ス ペ 、はクトルの間に大るきな違いが見られが
(イ ) 含 れる硫黄の量 ま
分 に径にどのよう関がわるのか調べた粒れ。る液中に含まれ硫そ黄の量を変え、 散
ふ く ま れ る 硫 黄 の 量 を 二 倍 に し た 二 種 類
の ぞ ０ 光おな。たし定をルトクペス測吸の れ 分 、 液散れそ、り作を エ のれそは比量質ノ水とルータ れ１ ５ ｓ ぞ
1:4で る。 あ 図
５ か ら
、 濃 度 の 高 い 分 散 液 の 吸 光 度 の ほ う が 大 き く な っ て い る こ と が わ か る
。 つ ま り 硫 黄 が
い ほ ど た く さ ん の 粒 子 が 形 成 さ れ て い る の で あ る
。 し か し
、 濃 度 が 二 倍 に な っ た の に 比 例 し て 吸 光
度 が 大 き く な る わ け で は な い
。 ま た
、 吸 光 ス ペ
ク 倍 ルい二を度濃、でのなのてし化変は形い ト
に し た と き
、
析 が示がとこある黄硫たっかなし 唆 出 されている。
(ウ ) 水 後 を
か
ら 加 え る
コ 役 イド形成時にが果たしている水 ロ
割 を 調 べ る た め に
、 分 散 液 の 作
成 に水を加えた。 後
こ の 二 つ の ス
ク ト ル は
、 コ ロ イ ド 溶 液 に 後 か ら 水 を 加 え る こ と に よ っ て
、 粒 径 が 小 さ く な る こ と を 示 し て い る
。
コ ロ イ ド 粒 子 が 細 か い 状 態 に な る た め に は
、 粒 子 に 含 ま れ る 同 じ 符 号 の 電 荷 が
増 え れ ば 荷が大きくなったのはで電いかと考えられるなのつ加よい。だから、水をえ持ることにより、粒子。
(エ ) 水 加えるタイ を
ミ グ ン
さ に、水を加えるタイ ら
ミ グ ご ン を、一時間 測たし定とてえ変に。
作 一時間 成
後 入 が たっなく。 水にを のもたれ成作、は 後 に直 小子粒なさ粒の径し対にもたえ加を水の 数 多 の
後 か ら 水
を 増 えコが量の荷電つ持がドイロ黄るの液散分、りよにとこ硫 加
え
、
反 っるれらえ考とたなにらばらばめたの。 発
３ 実験の考察
(ア ) 水 エタノールの割合の違い と
①
の 液子粒ドイロコの散分たれら作で件は 条
② ③ 思 、 といき大が径粒、もりよのもたれら作で件条の われる。
硫 黄 の 量 が 同 じ な の に も
か 電変わるのは硫黄の荷布の量が変わるためだが分とルわらず、エタノーと径水の割合によって粒 か
思 われる。
② と
③ の 吸 光 ス ペ ク ト ル
ほ ぼ 一 致 し た こ と は
、 エ タ ノ ー ル に 対 す る 水 の 割 合 が あ る 一 定 よ り も 小 さ け れ ば
、 コ ロ イ ド が
生 生 く示をとるあで量微こ 唆 とルトクペス光吸の の 成 てし成いても ご てしいる。また、 ① 他 さ れ もし、かいな
2 つ
の 左右 さるえがかうがとこるれ。 はの布がらか係関と径ルトクペス光分粒、水エタノールとの、合によって割 吸
(イ ) 含 れる硫黄の量の違い ま
硫 黄 の 電 荷 は
、 水
、 も し く は エ タ ノ ー ル と 硫 黄 と の 量 の 比 率 に 左 右 さ れ て い る と 思 わ れ る
エ タ ノ ー ル の 割 合 が 変 わ ら な け れ ば 硫 黄 の 量 を 変 え て も
、 吸 光 ス ペ ク ト ル の 形 が 変 わ ら な い と い う
こ と は
、 粒 径 分
布 殆 が
ど
一 致 にるえいとるあでのもるよ。 ているこし 率 と を し示しており、の比た水とルーノタは径粒てっがエ
(ウ ) 分 液作成の手順の違い 散
水 増 加分が荷電の質散てわよにとこるっ が
え る 原 因 と し て
、 二 つ 考 え ら れ る
。
一 つ は
、 水 の 電 離 で あ る
。 離 が加わることによって、電 水
し て い る 水 分 子
の 数 増 追 増 も えるため、水の 荷がよ電りに加 加したと考えた。
エ タ ノ ー ル に 溶 か し た 硫 黄 が 水 に 入 れ て 分 散
の コ ロ イ ド 粒 子 に な っ て い る な ら
、 硫 黄 に エ タ ノ ー ル の 炭 化 水 素 基 の 部 分 が 吸 着 し
、 ヒ ド ロ キ シ 基
が 水 分 子 や 水 酸 化 物 イ オ ン と 水 素 結 合 し て い る と 考 え
る しかしこの考えでは、水の電 。
離 分いなきでがとこつ持を荷電な。 硫小がドイロコ黄度、にめたいさ 十 粒 子 は
考 え ら れ る も う 一 つ は
、 水 に 何 ら か の 物
が 溶 け だ し
、 電 離 し た と い う も の で あ る
。 こ
の 純粋 なエタノー 用 験は 実 ル と 水を使
し て い る の で
、 らかの 硫由黄に、は質 するものであると 思 何 物 来 われる。
電 離 し た も の が あ る な ら ば
、 ｐ Ｈ が 変 化 す る の で は
な い か と 考 え た
。 水 に 硫 黄 は ほ と ん ど 溶 け な い が
、 水 の 中 に 硫 黄 を 加
え ｐＨ は小さくなった と、水の る 。 こ のことから、硫黄に含まれる不
純
物 が中で電水 とるかわがいこるてし。 離
(エ ) 水 加えるタイ を
ミ グ ン の違い
分 液作成 散
直
後 にを加えた水 と き 、成作液散分クとルトペスの 1
時 間 後 に 水 を 加 え
と き の ス ペ ク ト ル の 違 い は
、 時 間 に と も な っ て 分 散 液 の 中 で 凝 集 し て き た
、
粒 るの小さな粒子に変わと粒いうことを示している径、。がの大きいコロイド粒子、て水が加わることによっ 径
こ 出 ような結果が の
た 理 由 は ま だ わ
か ら な い。
５
お わりに
分 散 液 の 状
態 と 吸 光 ス ペ ク ト ル と の 間 に は 関 連 が み ら れ た の で
、 硫 黄 コ ロ イ ド の 粒 径 測 定 に お い て
、 吸 光 度
測 定 を 採 用 す る こ と は 有 効 で あ る
。 た だ し 現 段 階 で
、 吸 光 ス ペ ク ト ル か ら 粒 径 分 布 を 特 定 す る こ と
は
、 ム 光スペクトラ 吸
が 粒 径 に よ る 吸
光 有が度光吸の 雑 に複 関 連 思 ・ 散 硫、や乱黄 固 るといてし われるためできない。
ま た
、 硫 黄 コ ロ イ ド の 電 荷 は
、 硫 黄 の 中 に 含 ま れ る 不 純 物 が
、 水 に
溶 出 け
し
た 思 後 Ｈｐ値 離 を量の質 求 てて立 きたい。 も の であると 今。るれわ は ら電か いるてし 物 径の測定に、め粒 役 生
モ ン モ リ ロ ナ イ ト コ ロ
ド 分 散 液 の 状 態 と 吸 光 度 に つ い て は
、 今 の と こ ろ 何 の 結 論 も 導 き 出 せ て い な い
。 し か し
、 分 光 光 度
計 で の 測 定 に よ っ て 硫 黄 コ ロ イ ド の 状 態 を 調 べ た ノ ウ ハ ウ や
、 他 の 方 法 を 生 か し て
、 モ ン モ リ
ロ イト ふ コ ロ にいえる、河口コおける原ロイドの点とのべイドの性究を調質るとで、この研こ ナ べいたる調をいま。
