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酸化チタンが酸性や塩基性の溶液中で帯電する理由
酸化チタンを分散させるためには、分散溶媒を酸性または塩基性に調整すれば、酸化チタンが電気的に反発し合うのでよく分散すると書籍に書いてありました。 酸化チタンはどうして酸性の溶液中ではプラスに帯電し、塩基性の溶液中ではマイナスに帯電するのでしょうか？水素イオンや水酸化物イオンの影響を受けるのでは、と予想はつくのですが、具体的にどういったメカニズムでそのように帯電するのか教えてほしいです！よろしくお願いします！
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二酸化チタン(TiO2)の結晶内部では「Ti-O」の結合の連続しかありませんが、 結晶表面では結合する相手がなくなるため、水酸基の形になっている部分が あります。 溶液の液性が酸性の場合は、この水酸基にH^+が結合することで、 またアルカリ性の場合は、この水酸基が水素イオンを放出することで、 それぞれ電離する、ということだと思います。 <酸性の場合> ～Ti-OH ＋ H^+ → ～Ti-(OH2)^+ <アルカリ性の場合> ～Ti-OH ＋ OH^- → ～Ti-O^- この電離により、酸化チタン粒子の表面は、酸性では正電荷を、アルカリ性では 負電荷を帯びる為、粒子同士の電気的な反発が起こるのでしょう。
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1番です。 界面のエネルギーと.M-O^, M-OH, MOH2+ の存在確率を計算してみてください。 水系ですとH2Oが(数値忘却 1000/18=???モル/リットル)存在するのですが. H2O - H3O+ - OH- が存在する他のイオンによる平衡に達するまでの時間がns単位と早く, MO-, MOH2, M-H の形で存在するのは困難で簡単に水和されてしまいます。 水中の金属チタン程度ですと(ns単位)簡単に水和されて表面が M-OH の水酸化物として存在します。-OHと沖合い(界面二重層よりも離れた場所)のH2Oとの反応は界面二十層の電荷分布により制限されます。 以上のことから金属(と金属酸化物)の表面は原則として水酸化物化学種で覆われていて界面二重層の部分に沖合いにも存在する水以外の化学種が接近することで界面二十層の電荷が変化するものと考えられています。界面に水以外の化学種が直接作用することはあるにはあるが確率的に低いのです。 水-化学種よりも強い結合(チタン-化学種)が可能なキレート化合物等の場合には直接反応も考えられます。 凝集・かいこを電解質で調節する場合.多くても数%. 通常はppmとかppbで行いますから。
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単語を調べながらですが、何となく分かったような気がします。この分野に関してもっと勉強していきたいです。ありがとうございました。
DLVOあたりを理解しているものとして にしゅうそうに存在する(沖合いとの平衡で存在できる)H+の数 だいいっそうのOHの電荷が中間奏に存在するH+の電荷で中和されるのです。
お礼
DLVOを理解をしていませんでした。調べてみようと思います。ありがとうございました。
お礼
酸化チタンの表面の構造まで詳しく教えていただきありがとうございました。いつも疑問に思っていました。僕は現在高校化学部に所属しているので、今後の研究に生かしていきたいと思います。