荷電一定粘土鉱物を含む土壌粘土の電気二重層電位と電解質濃度との関係

電気泳動法により測定した粘土のゼータ電位(固体表面から溶液中に入ったすべり面における電気二重層電位)の値は、粘土の分散・凝集現象やレオロジー的挙動などの説明に有効であり、実用的にも重要であるが、この測定値と電気二重層理論との関係については明らかでない面が多く残されている。本研究は、結晶構造内に多くの同形置換があり、表面に一定の負荷電が生じている粘土鉱物を多量に含む土壌粘土を対象として、この電気二重層電位と電解質のイオン濃度との関係を電気二重層理論に基づいて考察することを試みたものである。主要な粘土鉱物がスメクタイトまたはバーミキュライトであり、少量のカオリナイト鉱物を随伴粘土鉱物として含む土壌粘土7試料を分離しこれらのゼータ電位を顕微鏡電気泳動法により測定した。この結果、モンモリロナイトのみの場合(Horikawa、Y.et al.Colloides and Surfaces,32,181〜195、1988) と同様に、Na-粘土とNaCl溶液との組合せのように粒子表面にイオンの特異吸着がない系では、イオン濃度が0.0001Mから0.001Mに増加してもゼータ電位(および拡散二重層理論式により推定したGouy potential)の変化は少ない。粘土コロイド学や土壌コロイド学の分野では、従来よりモンモリロナイトのような粘土鉱物では、電解質のイオン濃度が変化しても表面電荷密度が一定に保たれているので、イオン濃度の変化により表面電位が変化すると説明されている (van Olphen:1977、Gast:1977) 。しかし、ゼータ電位より推定したGouy potentialは、拡散二重層モデルやSternの二重層モデルに基づいて計算したGouy potentialの値に比較して濃度の違いによる変化が非常に小さい。従って、荷電ー定型の粘土鉱物か卓越している土壌粘土の表面は、上述の電解質濃度の範囲内ではむしろ一定電位表面として挙動するものと考えられる。

電気泳動法により測定した粘土のゼータ電位(固体表面から溶液中に入ったすべり面における電気二重層電位)の値は、粘土の分散・凝集現象やレオロジー的挙動などの説明に有効であり、実用的にも重要であるが、この測定値と電気二重層理論との関係については明らかでない面が多く残されている。本研究は、結晶構造内に多くの同形置換があり、表面に一定の負荷電が生じている粘土鉱物を多量に含む土壌粘土を対象として、この電気二重層電位と電解質のイオン濃度との関係を電気二重層理論に基づいて考察することを試みたものである。主要な粘土鉱物がスメクタイトまたはバーミキュライトであり、少量のカオリナイト鉱物を随伴粘土鉱物として含む土壌粘土7試料を分離しこれらのゼータ電位を顕微鏡電気泳動法により測定した。この結果、モンモリロナイトのみの場合(Horikawa、Y.et al.Colloides and Surfaces,32,181〜195、1988) と同様に、Na-粘土とNaCl溶液との組合せのように粒子表面にイオンの特異吸着がない系では、イオン濃度が0.0001Mから0.001Mに増加してもゼータ電位(および拡散二重層理論式により推定したGouy potential)の変化は少ない。粘土コロイド学や土壌コロイド学の分野では、従来よりモンモリロナイトのような粘土鉱物では、電解質のイオン濃度が変化しても表面電荷密度が一定に保たれているので、イオン濃度の変化により表面電位が変化すると説明されている (van Olphen:1977、Gast:1977) 。しかし、ゼータ電位より推定したGouy potentialは、拡散二重層モデルやSternの二重層モデルに基づいて計算したGouy potentialの値に比較して濃度の違いによる変化が非常に小さい。従って、荷電ー定型の粘土鉱物か卓越している土壌粘土の表面は、上述の電解質濃度の範囲内ではむしろ一定電位表面として挙動するものと考えられる。