■第一章　目的と理論

［目的］
　水に難溶性の金属酸化物粒子（Ｆｅ_２Ｏ_３　，Ａｌ_２Ｏ_３，Ｍｎ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，ＳｉＯ_２など）を水中に懸濁すると、酸性および塩基性を示し、酸化物表面は負および正の電荷を帯びる。懸濁液の酸塩基滴定により酸化物表面の電荷がゼロになるｐＨ、すなわちゼロ電荷点を求める。
［理論］
　水中の酸化物の表面は、水和によって水酸基に覆われている。Ｆｉｇ−１に模式的に示すように、これには （≡ＭＯＨ_ａ）と、塩基として働くもの(≡ＭＯＨ_ｂ）の二種類あり硝酸ナトリウムの溶液中ではつぎのように反応する。

　　 　　≡ＭＯＨ_ａ＋Ｎａ⁺�ﾌ≡ＭＯ^-・Ｎａ⁺＋Ｈ⁺　（１）

　　 　　≡ＭＯＨ_ｂ＋ＮＯ_３^-＋ＯＨ^-　（２）　

表面水酸基から、水素および水酸化物イオンが解離して正負のサイト（≡Ｍ⁺，≡ＭＯ^-）が生成し、これを電気的に中和するために、溶液から負および正が、カウンターイオンとして吸着する。（Ｆｉｇ−２参照）。これらのカウンターイオンは、溶液相に位置して固体表面の電荷（＊）と電気二重層を形成し固液表面で電荷が分離している（＊＊）。≡ＭＯ^-・Ｎａ⁺，≡Ｍ⁺・ＮＯ_３^-はその状態を表わすものであり結局、反応（１）、（２）は、Ｈ⁺とＮａ⁺、ＯＨ^-とＮＯ_３^-のイオン交換反応（＊＊＊）である。ここで≡ＭＯＨ_ａおよび≡ＭＯＨ_ｂは弱酸および弱塩基なので、反応（１）は、高ｐＨ領域、反応（２）は、低ｐＨ領域で起こる。これらの反応の進行の程度、あるいは生成する荷電サイトの量は酸塩基滴定によって求められ、酸化物の表面電荷がゼロとなるｐＨ、すなわちゼロ電荷点を決定することができる。


（＊）：Ｆｉｇ−１、２で酸化物の金属成分の原子価は、４価としている。
（＊＊）：酸化物粒子の電気泳動の実験により、酸化物は表面電荷を持つことが確かめられている。
（＊＊＊）：Ｈ⁺とＮａ⁺、ＯＨ^-とＮＯ_３^-の交換比率がそれぞれ、１：１であることが実証されている。　




Ｆｉｇ−１　酸化物/水溶液界面の模式図（１）


Ｆｉｇ−２　酸化物/水溶液界面の模式図（２）

赤領域：酸化物　　　白領域：水溶液