学習記録

表面張力と斥力の関係

wikipediaの表面張力の一文。

「表面張力は、温度が上がれば低くなる。これは温度が上がることで、分子の運動が活発となり、分子間の斥力となるからである」

この「分子間の斥力となる」理由が説明できず、そもそも分子間力が良くわかっていないことがわかり、この際ちゃんと復習しておこうと化学結合からざっくりと復習していました。

 

で、一周してこの問題。結論から言うと、自信を持って説明できる状態になっていません。

この短い言葉だけでは、それこそ前後のコンテクストがわからないのでどのような分子なのかがわからないからというのもあります。もう少しwikipediaの前後を引用すると、

「水銀は特にこの値が高く、水も多くの液体よりも高い部類に入る。表面張力は、温度が上がれば低くなる。これは温度が上がることで、分子の運動が活発となり、分子間の斥力となるからである。また、不純物によっても影響を受ける。界面活性剤などの表面を活性化させる物質によって、極端に表面張力を減らすことも可能である。」です。

言葉にだけ注目してあーでもないこーでもない、とやっていても切りがないので、全然まとまってないのですが、考えたことをまとめます。

 

温度が上昇することで表面張力(水の表面張力とします)が低くなる原理については、以下の通りです。

まず、表面張力は表面と液体内部との自由エネルギーの差が大きいほど大きくなります。

分子は常に熱振動していて、熱(エネルギー)が加えられ温度が上昇すると、大きな運動エネルギーを持つ水分子の割合が増えます。

運動エネルギーが大きな水分子は、分子間力の束縛を振り切って気体になります。

液体内部は分子間力で互いに引き付けあっている状態で安定していましたが、一部が気体になることで分子間力が弱まります。

結果として界面との自由エネルギー差は少なくなるので、表面張力は弱くなります。

 

問題はここからです。

運動が活発になることと、斥力の関係がわかってません。

・斥力は、静電気的な反発力のことで、同じ電荷や極性を持つ物体の間に働きます。水分子は極性分子で、温度上昇により振動が激しくなれば、それだけ極性が同じ方向を向く確率が高くなるので、斥力になる?

・運動エネルギーが大きくスピードが速いために、原子間の静電的反発が起こる距離まで近づくので、斥力となる?

・浸透圧斥力のため?これはコロイド粒子の話であって、溶質が分散しているわけではなく水分子のみであれば当てはまらないのでは?

wikipedia コロイドより

一般に、コロイド分散系の安定性は温度を上げると増す。浸透圧の定義より明らかであるが、高温になればイオンや溶媒の分子運動が激しくなり、電気二重層の幅や電位差が増すことで斥力項が増大するためである。

静電気的な力で斥力が発生することは間違いないと思うのですが、本質をつかんでいない感じがします。

資料をいろいろ見ましたが、この表面張力の仕組みを斥力から説明しているものは探しきれませんでした。「斥力」(反発力)という言葉自体にとらわれ過ぎているのかもしれません。特許明細書を見ても、さすがにこのあたりを説明しているものは見当たりませんでした。

 

分子間力と温度依存性についても、凝集・分散や吸着などとの関係を調べてマインドマップ、ノート化しました・・・がかなりぐちゃぐちゃなままです。

 

ここのところ、自分で無駄に自分のエネルギーを消耗させてしまい、エネルギーが枯渇状態になっています。

何を言っても言い訳になりますが、頭も体もちゃんと働いてません(ちょっとひどいので、土曜日には少し休む予定です)。

勉強以外の理由もありますが、やはり勉強している中での悩みというか、「全然できてない自分」と向き合うことのストレスと戦うのにエネルギーが使われている感じです。

特に、自分で言ったことが全くできていない。同じ間違いを繰り返しているというのがどうにも許せないのです。

ただ、ここを乗り越えないと先はないのもわかってます。

うだうだ悩むより手を動かせ、というのもわかってます。

何ができていないのか、どうすればできるのか、ブレイクダウンしてひとつづつやっていきます。

 


8/8(水)の学習記録

項目: 分子間力と温度依存性に関連する特許を読む、ノートにまとめる
目標: 7h     実績: 6h

8/9(木)の学習計画

項目: 分子間力と温度依存性のノート整理とレジスト対訳シリーズの復習
目標: 5h 

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