電荷ゼロ点

ゼロ電荷点（pzc）は、一般的に、粒子表面（すなわち吸着剤の表面）の正味電荷がゼロになるpHとして説明されます。この概念は、コロイド凝集に関する研究で、 pHが現象に影響を与える理由を説明するために導入されました。 ^[1]

電気化学における関連概念は、ゼロ電荷点における電極電位である。一般に、電気化学における pzc は、バルク流体中の電位決定イオンの活性の負の 10 進対数値である。 ^[2] pzc は表面科学において基本的な重要性を持つ。たとえば、環境科学の分野では、基質が潜在的に有害なイオンを吸着する容易さを決定する。また、鉱物の浮選など、コロイド技術にも無数の用途がある。したがって、pzc 値は、環境科学への吸着の多くの応用において検討されてきた。 ^{[3] [4]} pzc 値は通常、滴定によって得られ、いくつかの滴定方法が開発されている。^{[5] [6] pzc 値とともに、}土壌特性に関連する関連値も存在し、ゼロ電荷点 (zpc)、正味電荷ゼロ点 (pznc) などがある。^[7]

ゼロ電荷点とは、吸着剤の正味表面電荷がゼロになる pH 値のことです。この概念は、吸着実験中の溶液の pH への関心の高まりにより導入されました。^[1]その理由は、一部の物質の吸着が pH に大きく依存するためです。pzc 値は吸着剤の特性によって決まります。たとえば、吸着剤の表面電荷は、図のような粒子 (吸着剤) 構造の表面にあるイオンによって表されます。pH が低い場合、水素イオン (陽子、H ⁺ ) は他の陽イオン (吸着質) よりも吸着されやすいため、負に帯電した粒子の場合よりも他の陽イオンの吸着は少なくなります。一方、表面が正に帯電し、pH が上昇すると、pH の上昇に伴って陰イオンの吸着は少なくなります。吸着剤の観点から見ると、溶液の pH が pzc 値より低い場合、吸着剤の表面電荷は正になり、陰イオンが吸着されます。逆に、pH が pzc 値より高い場合、表面電荷は負になり、陽イオンが吸着されます。

たとえば、ヨウ化銀(AgI) 結晶の表面の電荷は、結晶上の溶液中に存在するヨウ化物イオンの濃度によって決定できます。次に、AgI 表面の pzc 値は、溶液中の I ⁻の濃度の関数(またはこの濃度の負の 10 進対数、-log ₁₀ [I ^– ] = p I ⁻ ) によって表されます。

表面のH ⁺ /OH ^−を決定する電位以外のイオンの吸着がない場合、pzcは等電点（iep）と同じになります^{[説明が必要]}。^[8]これは、水中に懸濁した純粋な（「純粋な表面」）酸化物の場合によく見られます。特異的吸着がある場合、pzcと等電点は通常異なる値になります。

pzc は通常、粒子の電気泳動移動度と懸濁液の pH を監視しながらコロイド分散液の酸塩基滴定を行うことで得られます。 pzc と iep を区別するには、異なる支持電解質(電解質のイオン強度の変更を含む) を使用して、複数の滴定が必要です。 満足のいく曲線 (酸/塩基量 - pH、および pH -ゼータ電位) が得られたら、pzc は線の共通交点 (cip) として確立されます。 そのため、pzc は cip と呼ばれることもあります。

pzc、iep、cipの他にも、文献では多数の用語が使用されています。これらは通常、頭字語で表現され、同一または（紛らわしいかもしれませんが）ほぼ同一の意味を持ちます。電荷ゼロ点（zpc）、正味電荷ゼロ点（pznc）、正味陽子電荷ゼロ点（pznpc）、電荷ゼロ点（ppzc）、塩効果ゼロ点（pzse）、コロイド分散液の滴定ゼロ点（zpt）、固体等電点（ieps）^[9]、表面張力ゼロ点（pzst ^[10]またはpzs ^[11]）などです。

電気化学では、電極と電解質の界面は一般に帯電しています。電極が分極性である場合、その表面電荷は電極電位に依存します。

IUPACは^[2]ゼロ電荷点の電位を、定義された電荷の1つがゼロである 電極の電位（定義された参照電極に対して）として定義しています。

ゼロ電荷の電位は、特定の電解質内の絶対電極電位を決定するために使用されます。

IUPAC では、ゼロ電荷の電位に対する電位差も次のように定義しています。

E _pzc = E − E _σ=0

どこ：

• E _pzcはゼロ電荷点に対する電極電位差、E _σ=0
• Eは、定義された参照電極に対する同じ電極の電位（ボルト単位）です。
• E _σ=0は、溶媒以外の特定の吸着がない場合に、表面電荷がゼロのときの同じ電極の、上記で使用した参照電極に対する電位（ボルト単位）である。

電極表面の電解質の構造も表面電荷に依存し、pzc電位付近で変化する。例えば、白金電極では、水分子は負に帯電した表面では「酸素を上向きに」配向して弱い水素結合を形成し、正に帯電した表面ではほぼ平坦に配向して強い水素結合を形成することが報告されている。^[12]

pzc では、コロイド系はゼータ電位がゼロ(つまり、粒子が電界内で静止したまま)、安定性が最小 (凝固または凝集速度が最大)、固相の溶解度が最大、分散液の粘度が最大、およびその他の特性を示します。^{[引用が必要]}

環境科学の分野では、吸着は汚染物質を除去し、土壌や大気中の化学物質の濃度を制御する多くの技術に関係しています。汚染物質の分解や吸着プロセスを研究する場合、吸着に関連する pzc 値を調べることが重要です。たとえば、木灰、おがくずなどの天然および有機基質は、汚染された中性排水 (CND) でヒ素、コバルト、水銀イオンなどの有害な重金属を除去する吸着剤として使用されます。これは、低コストの材料で金属吸着を可能にする受動的なリアクターです。したがって、有機基質の pzc 値が評価され、CND の材料の選択が最適化されました。^[3]もう 1 つの例は、大気の酸化能力を制御する亜硝酸の放出です。土壌 pH が異なると鉱物の表面電荷が異なるため、亜硝酸の放出が異なり、亜硝酸種に関係する生物学的サイクルにさらに影響を及ぼします。^[4]

• Kosmulski M. ( 2009)。表面帯電とゼロ電荷点。CRC Press; 第 1 版 (ハードカバー)。ISBN 978-1-4200-5188-9