問99-94 解説




問94 
表面・界面張力に関する記述のうち正しいのはどれか。
2つ選べ。


1 表面・界面張力は
表面・界面過剰ギブズ自由エネルギーとして表すことがで
その単位は J/m2 で表される。

2 油滴が水中に存在するとき
サイズが小さい油滴ほどエネルギー的に安定である。

3 界面活性剤とは
表面・界面過剰ギブズ自由エネルギーを
増大させる化合物の総称である。

4 食塩水は
純水に比べて表面張力が大きい。

5 ヘキサンは
純水に比べて表面張力が大きい。



選択肢 1 ですが
表面張力の単位は
J/m2 もしくは N/m が用いられます。

※ 仕事の単位である 1J は
1N × 1m であるため
J/m2 だけ覚えておくと十分だと思います。


選択肢 2 ですが
サイズが小さい油滴は
サイズが大きい油滴よりも
水と接する割合が大きくなります。

(これは、おもち(油滴のたとえ)に
きなこ(表面=水と接している部分 のたとえ)
をつけて食べる時を想像するとわかりやすいと思います。

すごく小さなおもちに、きなこをたっぷりつけると
まるできなこを食べているような感じになりますね。
つまり、きなこの割合がすごく大きくなります。

一方、すごく大きなおもちに、きなこをたっぷりつけても
結局表面しかきなこはついておらず
きなこがついていない部分が大部分になりますよね。


油滴は疎水性なので、水と接する割合が大きいほど
エネルギー的に不安定です。
つまり、サイズが小さい油滴ほど、エネルギー的に
不安定です。


よって、選択肢 2 は誤りです。



選択肢 3 ですが
界面活性剤とは、表面・界面張力を減少させる
化合物の総称です。


よって、選択肢 3 は誤りです。



選択肢 4 ですが
NaCl のような表面不活性物質を加えると
界面張力は溶質の濃度上昇に伴い
少しずつ増加します。


よって、選択肢 4 は正しいです。



選択肢 5 ですが
表面張力とは、過剰エネルギーとして表すことができ
過剰エネルギーがなぜあるかといえば
水であれば、周りの一部が表面では水でないから であり
ヘキサンであれば、周りの一部がヘキサンではないからです。

ここで、水同士は、水素結合という
特徴的な強い力で結合しているため
水の表面における過剰エネルギー、すなわち
水の表面張力の方が
ヘキサンの表面張力に比べて大きいと考えられます。

(文献値によれば 水 約72、n - ヘキサン 約18 です。)
※ n - とは、「枝分かれのない」ぐらいの意味です。
異性体との区別のため、つけられます。


よって、選択肢 5 は誤りです。



以上より、正解は 1,4 です。









(界面の性質)