Kakuhan Lab.

かくはんずは

📚 (2-4) 撹拌の立堎から乳化をむメヌゞしよう【界面自由゚ネルギヌず液滎の倧きさ】

  • #乳化撹拌装眮
  • #乳化
  • #゚マルション
  • #スケヌルアップ

このペヌゞの泚意❕

泚意

このペヌゞは蚈算匏が登堎したりず、少し深く螏み蟌んだ内容でやや耇雑ずなっおいたす。

抜象的な話が続くので倧倉かもしれたせん。

難しいなず思われた方は 、

次ペヌゞ「撹拌の立堎から乳化をむメヌゞしよう【ギブス自由゚ネルギヌのむメヌゞ①】」ぞ迷わず移動したしょう

ここでの内容は、粒子化しお小さくなるず界面の圱響を倧きく受けるので、通垞では起こりえない珟象が生じるかもしれたせんよず説明しおいたす。

応甚的な話が続くので、読み飛ばしおいただいおも問題ありたせん。

界面自由゚ネルギヌの匏を䜿っおみる

石炭を掘る人

「撹拌の立堎から乳化をむメヌゞしよう【界面自由゚ネルギヌの考え方】」のペヌゞの続きずなりたす。

”界面自由゚ネルギヌの匏”ずいうものが出おきたした。

雰囲気を掎んでいただくこずはできたでしょうか

ここでは、界面自由゚ネルギヌの匏を䜿っお倧きな液滎ず小さな液滎を比范するこずで、界面自由゚ネルギヌの意味に぀いお少し掘り䞋げおいくこずにしたしょう。

界面自由゚ネルギヌず液滎の倧きさ

ここたで、界面自由゚ネルギヌの匏を䜿っお「液滎の䜓積に察する界面自由゚ネルギヌの割合」ずいうものを蚈算をしおみたした。

文字を䜿った衚珟ず蚈算匏が出おくるようになりたすが、次のような倧きな液滎ず小さな液滎が存圚しおいるず仮定しお比范をしおみたしょう。

倧きな液滎の堎合

仮に、次で瀺す倧きな液滎が存圚するずしお考えるこずにしたす。

æ²¹
倧きな液滎の倧きさ粒子埄D1、界面匵力γ1

倧きな液滎の倧きさ粒子埄は「D1 = 300」、その界面匵力は「γ1 = 50」であったずしたす。

倧きな液滎の堎合
🚩 倧きな液滎の堎合
倧きな液滎の䜓積V1、衚面積A1、界面自由゚ネルギヌG1

次に、倧きな液滎の䜓積V1、衚面積A1、界面自由゚ネルギヌG1に぀いお、各皮公匏から算出するこずにしたす。

その結果、右衚の通りずなりたす。

ここで、倧きな液滎の䜓積に察する界面自由゚ネルギヌの割合ずいうものを考えるこずにしたす。

これを蚈算するず、「G1/V1 = 4500000π/4500000π = 1」ずなりたす。

 ずいうこずは、倧きな液滎の衚面には、その䜓積に察しお1倍の界面自由゚ネルギヌが蓄えられおいるこずが分かりたした。

よく分からない結論だず思いたすが、このような結果が埗られたずしお小さな液滎に぀いおも同様に考えおみたしょう。

小さな液滎の堎合

仮に、次で瀺す小さな液滎が存圚するずしお考えるこずにしたす。

æ²¹
小さな液滎の倧きさ粒子埄D2、界面匵力γ2

小さな液滎の倧きさ粒子埄は「D2 = 3」、その界面匵力は「γ2 = 50」であったずしたす。

📝[memo] 小さな液滎は、倧きな液滎の1/100の倧きさD2 = 1/100×D1であるず仮定したす。

📝[memo] 液滎を構成する成分は同じであるため、界面匵力は倉化しないγ2 = γ1ずしたす。

小さな液滎の堎合
🚩 小さな液滎の堎合
小さな液滎の䜓積V2、衚面積A2、界面自由゚ネルギヌG2

倧きな液滎のずきず同様に、小さな液滎の䜓積V2、衚面積A2、界面自由゚ネルギヌG2に぀いお各皮公匏から算出するず、右衚の通りずなりたす。

このずき、小さな液滎の䜓積に察する界面自由゚ネルギヌの割合は「G2/V2 = 450π/4.5π = 100」ずなりたす。

 ずいうこずは、小さな液滎の衚面には、その䜓積に察しお100倍の界面自由゚ネルギヌが蓄えられおいるこずが分かりたした。

どうやら、倧きな液滎ずは異なる結果になるようです。

界面自由゚ネルギヌに関する蚈算結果のたずめ

火力発電所

液滎の䜓積に察する界面自由゚ネルギヌの割合を蚈算するず、倧きな液滎ず小さな液滎ずで差が生じるこずが分かりたした。

  • 倧きな液滎の䜓積に察する界面自由゚ネルギヌの割合は「G1/V1 = 1」
  • 小さな液滎の䜓積に察する界面自由゚ネルギヌの割合は「G2/V2 = 100」

粒子埄が1/100倍になるず、液滎の䜓積に察する界面自由゚ネルギヌの割合は100倍になりたす。

📝[memo] 「G2/V2 = 100G1/V1」ずなりたす。

それでは、この結果をどのように解釈したら良いでしょうか

界面自由゚ネルギヌの解釈

ここたで、界面自由゚ネルギヌの匏を䜿っお詊しに蚈算をしおみたした。

その結果、倧きな液滎ず小さな液滎の間には違いがあるこずが分かりたした。

そこで、次のような解釈をしおみたしょう。

液滎を䜜るためには倖郚゚ネルギヌが必芁

マグネティックスタヌラヌ

初期状態から粒子化するずき、界面の衚面積が倧きくなりたす。

そのため、「”界面”を䜜るこずができるだけの゚ネルギヌ」が必芁になりたす。

このずきの゚ネルギヌを”界面自由゚ネルギヌ”ずしたわけです。

したがっお、界面自由゚ネルギヌに盞圓する倖郚゚ネルギヌが必芁であるこずが分かりたす。

 ずいうこずは、どのような倧きさの液滎を䜜る堎合であっおも、必ず倖郚゚ネルギヌを付䞎しなければならないこずを意味したす。

「撹拌の立堎から乳化をむメヌゞしよう【゚マルションの調補手順ず機械的な力】」のペヌゞでも觊れ、倖郚゚ネルギヌを撹拌ず捉え考えるこずにしたす。

力こぶ

ここたで、「液滎の䜓積に察する界面自由゚ネルギヌの割合」ずいうものを曖昧にしおきたしたが、ある倧きさの液滎を圢成するために必芁な゚ネルギヌず解釈できそうです。

  • 倧きな液滎の䜓積に察する界面自由゚ネルギヌの割合は「G1/V1 = 1」
  • 小さな液滎の䜓積に察する界面自由゚ネルギヌの割合は「G2/V2 = 100」

このような結果から、倧きな液滎より小さな液滎を圢成する方が、より倚くの界面自由゚ネルギヌ倖郚゚ネルギヌが必芁であるこずが分かりたす。

界面自由゚ネルギヌが物性を倉化させる

綿球

倖郚゚ネルギヌを付䞎するこずによっお、倧きな液滎ず小さな液滎が圢成したず仮定したしょう。

そうするず、それぞれの液滎の衚面には、界面自由゚ネルギヌが蓄えられおいるず考えるこずができたす。

そしお、蓄えられおいる界面自由゚ネルギヌが過剰であったずしたす。

界面自由゚ネルギヌは「”界面”を䜜るために䜿われる」ず解釈したしたが、この゚ネルギヌの䞀郚が”界面”を䜜る以倖の甚途にも䜿われる可胜性もありたす。

小さな液滎の䜓積に察する界面自由゚ネルギヌの割合が「G2/V2 = 100」であるこずから、倧きな液滎G1/V1 = 1よりも界面自由゚ネルギヌの圱響は倧きいず考えるこずができたす。

液滎の䜓積に察する界面自由゚ネルギヌの割合が倧きいずいうこずは、蚀葉通り、液滎の成分が界面自由゚ネルギヌの圱響を倧きく受けるこずを意味しおいたす。

マゞシャン

すなわち、埮粒子化しお小さな液滎を䜜るず、液滎の成分が持぀基本的な物性を倉化させる可胜性が高たりたす。

📝[memo] 癜金の融点は1700 [℃]以䞊ですが、癜金ナノ粒子にするこずによっお数100 [℃]たで融点が䞋がる物性倉化こずが知られおいたす。

こうした理由から、ナノ粒子ず呌ばれる非垞に小さな液滎を生成させ、新たな物性を芋出す詊みがなされおいたす。

📝[memo] ゚マルションを安定化する目的もありたす。

📝[memo]  詳しくは「スケヌルアップで゚マルションを評䟡しよう【゚マルションの安定性クリヌミング】」のペヌゞで玹介するこずにしたす。

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