令和5年度技術士第一次試験問題［基礎科目］　問Ⅰ-4-2　コロイドに関する記述

### 問題の検討

「コロイドに関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。」

#### 選択肢を確認：

1. コロイド溶液に少量の電解質を加えると、疎水コロイドの粒子が集合して沈殿する現象を凝析という。
2. 半透膜を用いてコロイド粒子と小さい分子を分離する操作を透析という。
3. コロイド溶液に強い光線をあてたとき、光の通路が明るく見える現象をチンダル現象という。
4. コロイド溶液に直流電圧をかけたとき、電荷をもったコロイド粒子が移動する現象を電気泳動という。
5. 流動性のない固体状態のコロイドをゾルという。

### 各選択肢の検討

1. **コロイド溶液に少量の電解質を加えると、疎水コロイドの粒子が集合して沈殿する現象を凝析という。**
– 正しい。凝析（コアグレーション）はコロイド粒子が電解質によって中和され、集合して沈殿する現象です。

2. **半透膜を用いてコロイド粒子と小さい分子を分離する操作を透析という。**
– 正しい。透析（ダイアリシス）は半透膜を使ってコロイド粒子と小さい分子を分離する方法です。

3. **コロイド溶液に強い光線をあてたとき、光の通路が明るく見える現象をチンダル現象という。**
– 正しい。チンダル現象（Tyndall effect）はコロイド溶液に光を当てると、光の通路が散乱によって見える現象です。

4. **コロイド溶液に直流電圧をかけたとき、電荷をもったコロイド粒子が移動する現象を電気泳動という。**
– 正しい。電気泳動（エレクトロフォレシス）は電場によって荷電粒子が移動する現象です。

5. **流動性のない固体状態のコロイドをゾルという。**
– 不正確。ゾル（sol）は流動性を持つコロイド溶液です。流動性のない固体状態のコロイドはゲル（gel）と呼ばれます。

### 結論

最も不適切な記述は：

\[ \boxed{5} \]

流動性のない固体状態のコロイドをゾルという記述は誤りです。正しくは、流動性のない固体状態のコロイドはゲルと呼ばれます。

[解答]⑤

参考：

コロイドとは何ですか？

コロイドとは
コロイドは、微小な粒子が液体または気体中に均一に分散している混合物のことを指します。コロイド粒子のサイズは一般的に1ナノメートル（nm）から1マイクロメートル（μm）の範囲にあります。これらの粒子は非常に小さいため、通常の顕微鏡では見えませんが、光学顕微鏡や電子顕微鏡で観察することができます。

コロイドの特徴
チンダル現象:

コロイド溶液に光を当てると、光の通路が明るく見える現象です。これは光がコロイド粒子に散乱されるためです。
ブラウン運動:

コロイド粒子が液体や気体中で不規則に動く現象です。これは粒子が周囲の分子との衝突によって運動するためです。
電気泳動:

コロイド溶液に直流電圧をかけると、荷電したコロイド粒子が移動する現象です。これは電場の影響を受けて粒子が動くためです。
凝析:

コロイド溶液に電解質を加えると、コロイド粒子が集合して沈殿する現象です。電解質によってコロイド粒子が中和され、凝集するためです。
コロイドの分類
コロイドは分散媒と分散相の状態によって以下のように分類されます：

ゾル（Sol）:

固体粒子が液体中に分散している状態。例えば、インクやペイントなど。
エマルション（Emulsion）:

液体粒子が他の液体中に分散している状態。例えば、牛乳やマヨネーズなど。
フォーム（Foam）:

気体が液体中に分散している状態。例えば、ビールの泡やシャンプーの泡など。
エアロゾル（Aerosol）:

固体または液体の微粒子が気体中に分散している状態。例えば、煙やスプレーなど。
ゲル（Gel）:

流動性のない固体状態のコロイド。例えば、ゼリーや寒天など。
コロイドの応用例
コロイドは多くの分野で重要な役割を果たしています。例えば：

医学: 薬物送達システムや診断技術において使用されます。
化粧品: クリームやローションなどの製品に使用されます。
食品: ソースやドレッシングなどの製品に使用されます。
コロイドはその特性により、さまざまな産業で広く応用されています。

溶接ヒュームなどもコロイドですか？

溶接ヒュームもコロイドの一種と考えることができます。以下に溶接ヒュームの特徴とそれがコロイドとどう関連するかを説明します。

溶接ヒュームとは
溶接ヒュームは、溶接プロセス中に生成される非常に微細な固体粒子とガスの混合物です。これらの粒子は、金属の蒸発や溶接材料の燃焼によって生成され、空気中に分散します。溶接ヒュームの粒子サイズは非常に小さく、通常1ミクロン以下です。

溶接ヒュームとコロイドの関係
コロイドは、微小な粒子が均一に分散している混合物を指します。この定義に基づくと、溶接ヒュームは次の理由でコロイドと見なすことができます。

粒子サイズ:

コロイド粒子のサイズは1ナノメートルから1マイクロメートルの範囲にあります。溶接ヒュームの粒子もこのサイズ範囲内にあります。
分散状態:

コロイドは分散媒の中に均一に分散した粒子で構成されています。溶接ヒュームの粒子も空気中に均一に分散します。
性質:

コロイド粒子はチンダル現象やブラウン運動などの特性を持ちます。溶接ヒュームの粒子も光を散乱し、空気中で不規則に運動します。
結論
はい、溶接ヒュームもコロイドの一種と考えることができます。溶接ヒュームの微細な固体粒子が空気中に分散している状態は、コロイドの定義に合致します。したがって、溶接ヒュームはコロイドの一例として分類することができます。

安全性と対策
溶接ヒュームは健康に有害な物質を含むことが多いため、適切な対策が必要です。一般的な対策としては、以下のようなものがあります：

適切な換気: 作業場に十分な換気を設けることで、ヒュームの濃度を下げる。
個人用保護具（PPE）の使用: マスクや呼吸保護具を着用することで、ヒュームの吸入を防ぐ。
作業方法の改善: 溶接方法を改善することで、ヒュームの発生量を減少させる。
これらの対策を講じることで、溶接ヒュームによる健康リスクを低減することができます。

電解質とはなんですか？

**電解質**（electrolyte）とは、**水や他の溶媒に溶けることでイオンに分かれ、電気を導く物質**のことです。電解質は、水溶液や溶融状態で電流を流す性質を持ち、日常生活や生物の体内でも重要な役割を果たします。

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### **電解質の特徴**
1. **電気伝導性**
– 電解質は溶液中で陽イオン（正の電荷）と陰イオン（負の電荷）に分かれます。これらのイオンが電気を運ぶため、電流が流れるようになります。

2. **イオンへの解離**
– 電解質は、水などの溶媒中でイオンに分かれる「解離」という現象を示します。
– 例：食塩（NaCl）は水に溶けると次のように分かれます：
\[
\text{NaCl} \xrightarrow{\text{水}} \text{Na}^+ + \text{Cl}^-
\]

3. **強電解質と弱電解質**
– **強電解質**：ほぼ完全にイオンに分解する物質。例：NaCl、HCl、H₂SO₄
– **弱電解質**：一部だけがイオンに分解する物質。例：酢酸（CH₃COOH）、アンモニア（NH₃）

4. **非電解質**
– 電解質とは異なり、水に溶けてもイオンに分かれず、電気を通さない物質を非電解質と呼びます。例：砂糖、エタノール

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### **電解質の分類**
1. **無機電解質**
– 主に無機化合物で、イオン結合を持つもの。
– 例：NaCl、KCl、MgCl₂

2. **有機電解質**
– 主に有機化合物で、酸性または塩基性を示すもの。
– 例：酢酸、乳酸

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### **電解質の具体例**
1. **生活における電解質**
– 食塩（NaCl）：体内のナトリウムバランスを保つ。
– カリウム（K⁺）：筋肉や神経の働きを調整。
– スポーツドリンク：電解質を補給するために含まれる。

2. **工業での利用**
– 電池：電解液として利用される。
– 電気めっきや水の電気分解。

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### **電解質の役割と重要性**
– **生物学的役割**
– 電解質は、神経信号の伝達、筋肉の収縮、pHの維持、浸透圧調節など、生物の体内で重要な機能を担っています。

– **化学的・工業的役割**
– 電解質は、化学反応の促進や電気エネルギーの伝達に欠かせません。

電解質は、私たちの体内でも産業でも不可欠な存在です。

 

強電解質のもののほうが電気を流しやすいですか？

電離とはなんですか？

**電離**（Ionization）とは、**中性の原子や分子が電子を失ったり得たりすることで、電荷を持つイオンに変化する現象**を指します。電離は化学反応や物理的なプロセスによって起こり、電解質の溶液や気体中など、さまざまな状況で観察されます。

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### **電離の仕組みと例**

1. **電解質の電離**（水溶液中での例）
– 電解質が水に溶けると、イオン結合を持つ物質はイオンに分かれる（解離する）ことがあります。
– 例：塩化ナトリウム（NaCl）の電離
\[
\text{NaCl} \xrightarrow{\text{水}} \text{Na}^+ + \text{Cl}^-
\]
– この場合、塩化ナトリウムは水中で陽イオン（Na⁺）と陰イオン（Cl⁻）に分かれます。

2. **分子の電離**（酸や塩基の例）
– 分子が水と反応してイオンを生成する現象です。
– 例：塩酸（HCl）の電離
\[
\text{HCl} \xrightarrow{\text{水}} \text{H}^+ + \text{Cl}^-
\]
– 水に溶けたHClは、プロトン（H⁺）を放出して酸性を示します。

3. **気体の電離**（高エネルギーの影響）
– 放射線や高温、強い電場の影響で気体中の分子や原子がイオン化すること。
– 例：窒素（N₂）の電離
\[
\text{N}_2 + \text{エネルギー} \rightarrow \text{N}_2^+ + e^-
\]

—

### **電離の種類**
1. **解離（Dissociation）**
– 元々イオン結合を持つ物質（例：NaCl）が、水中でイオンに分かれること。
– 例：NaCl → Na⁺ + Cl⁻

2. **酸・塩基の電離**
– 酸がH⁺を放出、塩基がOH⁻を生成する反応。
– 例：HCl → H⁺ + Cl⁻
NaOH → Na⁺ + OH⁻

3. **物理的電離**
– 電気エネルギーや光エネルギーによって分子や原子が電離する現象。
– 例：気体放電やプラズマ状態での電離。

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### **電離度**
– **電離度（Degree of Ionization）**とは、溶液中で電離している分子の割合を指します。
– 計算式：
\[
\alpha = \frac{\text{電離した分子の数}}{\text{溶解した分子の総数}}
\]
– 強電解質（HCl, NaClなど）：電離度がほぼ1（完全に電離）。
– 弱電解質（酢酸など）：電離度が0～1の間。

—

### **電離の重要性**
1. **化学反応**
電離によって生成されるイオンは、多くの化学反応（中和反応、酸化還元反応など）で重要な役割を果たします。

2. **生物学**
– 電解質の電離により、体内の浸透圧調整や神経伝達が可能になります。
– 例：Na⁺, K⁺, Ca²⁺などのイオン。

3. **工業分野**
– 電解メッキや水の電気分解など、工業プロセスで利用されます。

—

**結論：電離は、物質がイオンに変化してさまざまな現象を引き起こすプロセスであり、自然界や産業で非常に重要な役割を果たしています。**

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