薬剤師国家試験問題集 界面張力・表面張力

86回薬剤師国家試験　問169
固体平面に液滴を置いた場合を図示してある。γ_s、γ_L、γ_SLをそれぞれ、固体―気体、液体―気体、固体―液体の界面張力とする。このとき、次の記述について、正しいものはどれか。

 

 

ａ　角度Ａが接触角で、小さいほどぬれやすいことを示す。
ｂ　角度Ｂが接触角で、小さいほどぬれやすいことを示す。
ｃ　接触角が0度のとき、拡張ぬれが起こる。
ｄ　接触角が0度より大きく90度以下のとき、付着ぬれが起こる。
ｅ　接触角が90度より大きく180度以下のとき、浸漬ぬれが起こる。

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86回薬剤師国家試験　問169　解答解説

 

ぬれとは、固体−気体界面に液体が接触し、固体−気体界面が固体−液体界面に置き換わる現象である。

 

◆　a，bについて
ａ　〇　角度Ａが接触角で、小さいほどぬれやすいことを示す。
ｂ　×　角度Ｂが接触角で、小さいほどぬれやすいことを示す。

 

図の角度Aが接触角である。

 

 

ぬれの平衡状態では各界面張力と接触角θについて次のヤングの式が成り立つ。
γ_S = γ_SL + γ_L・cosθ

 

以下に示す通り、
接触角が小さいほど、液体が固体表面を広がる範囲が広くなる。

 

 

よって、接触角が小さいほどぬれやすいことを示す。

 

 

◆　c，d，eについて
ｃ　〇　接触角が0度のとき、拡張ぬれが起こる。

 

ｄ　×　接触角が0度より大きく90度以下のとき、付着ぬれが起こる。
→　〇　付着ぬれは接触角θが0°≦θ＜180°の範囲で起こる。

 

ｅ　×　接触角が90度より大きく180度以下のとき、浸漬ぬれが起こる。
→　〇　浸漬ぬれは接触角θが0°≦θ＜90°の範囲で起こる。

 

 

ぬれは、拡張ぬれ、浸透ぬれ（浸漬ぬれ）、付着ぬれの3種類に分類される。

 

・拡張ぬれ
拡張ぬれは下の図のように接触角0°で固体表面を液体が広がる場合である。

 

 

拡張ぬれのギブズエネルギー変化(�凾f_拡張)は次式で表される。
�僭_拡張 = γ_SL ＋ γ_L − γ_S
ヤングの式：γ_S = γ_SL + γ_L・cosθ　より、
�僭_拡張 = γ_L（１− cosθ）
これより、拡張ぬれに伴う仕事(W _拡張)は、
W _拡張 = −γ_L（１− cosθ）で表される。

 

 

・浸透ぬれ（浸漬ぬれ）
浸透ぬれ（浸漬ぬれ）とは、下の図のように液体が固体表面を毛細管現象でぬらす場合である。
浸透ぬれ（浸漬ぬれ）は接触角θが0°≦θ＜90°の範囲で起こる。

 

 

浸透ぬれのギブズエネルギー変化(�凾f_浸透)は次式で表される。
�僭_浸透 = γ_SL − γ_S
ヤングの式：γ_S = γ_SL + γ_L・cosθ　より、
�僭_浸透 = −γ_L・cosθ
これより、浸透ぬれに伴う仕事(W _浸透)は、
W_浸透 = γ_L・cosθ
で表される。

 

 

・付着ぬれ
付着ぬれは接触角θが0°≦θ＜180°の範囲で起こり、固体表面に液体が付着するぬれである。

 

 

付着ぬれのギブズエネルギー変化(�凾f_付着)は次式で表される。
�僭_付着 = γ_SL − (γ_S + γ_L)
ヤングの式：γ_S = γ_SL + γ_L・cosθ　より、
�僭_付着 = −γ_L（cosθ + 1）
これより、付着ぬれに伴う仕事(W _付着)は、
W_付着 = γ_L（cosθ + 1）
で表される。

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