気泡は疎水性（疎水性を生む要素は何か？）

はじめまして

環境の勉強をしています
お恥ずかしいのですが（TT）
汚泥処理の中で「加圧浮上」
という方法があるのです

その方法では懸濁物質に気泡をつけて
見かけ上の密度を軽くして処理する方法です
（沈降とはまた反対の方法）

その部分の問題の中に
「微細気泡・気泡は疎水性である・○」とありました。

確かに有機物は疎水性で、活性炭吸着で活性炭自体が疎水性でくっつくというのは分かりますが…

水の表面張力と関係があるのか
単に親水性だと溶けてくっつく何処ろではないと思いますが

気泡＝疎水性がどうしても分かりません
物質でなく、物質の穴（気泡・何も無いところ）だからでしょうね＾＾；

もしや太古の生物が生まれることのキッカケとなった
気泡内に物質が濃縮されてゆく…というのと（原理はわかりません）と関係が？
（NHKの生命40億年はるかな旅で言ってました）

表面張力の相互作用（水の表面張力にくっついてやってきた）と関係が？

というわけで、色々予測を立てて見ました
ご存知の方、お助下さい＾＾；

前置きが長くて申し訳ありませ…ーー；

No.1 ベストアンサー 回答者： toranekosan 回答日時： 2005/05/17 19:27

気泡が疎水性である理由＞

気泡の構成要素は真空ではなく殆んど空気と変りありません。
主な主成分である窒素はNNという三重結合をした直線分子です。この窒素原子と窒素原子間の結合様式は共有結合（π結合とs結合の混合軌道）で量子化学的に静電モーメントを持ちません。故に密度の関係もあるかと思いますが、水素結合や水の静電モーメントとのクーロン的相互作用が無いんですね、それが故に疎水性であると…と言う感じでしょうか。これは分子吸着する有機物質（CH３とかが連なって水と水素結合したり（OH基やNH2基やSO4基等が無いか分子に対してその官能基の数が少ない）強い分極が無い分子なども同じような理由から疎水性であります。


汚泥物質が気泡へと遊離される根拠＞
さらに、気泡の構造から（界面活性剤が無いのとあるのとでは殆んど代わらない）、気泡周辺の水構造は程よいランダムさ加減です。熱力学的に疎水性物質は水中に存在するより、水から押し出された方が水構造が水素結合と静電モーメントとの兼ね合いで安定化します。汚泥物質が水でない環境である気泡内の表面に存在した方が水のクラスター構造が安定であるから、という理由なのでしょうね。水のクラスター構造が云々というのが表面張力と関わってくるのでしょう。表面張力というより恐らく水のクラスター構造という、よりミクロな水の構造安定性の理由から来るものだと思われますよ。

微小水泡な訳＞
なぜ微小でないといけないかというと、汚泥物質が付着している壁面での場合を考えて、かなり大きい水疱が作る壁面に対する表面積（壁面に接している部分のみ）と、微小水泡が作る壁面に対する表面積（微小水泡の場合は水泡一個あたりの全表面積の3/4くらいか？）を比べると、丸みがある分微小水泡の方が表面積が大きいのです。そして先ほどの議論に戻って、汚泥物質は気泡の表面にあるのだから汚泥物質がより多く気泡に取り込まれるのはトータルで表面積のでかい微小水泡であるという事が言えますね。

専門家ではないですが、まぁそういう根拠に基づくものではないかと。

No.3 回答者： kei533 回答日時： 2005/05/18 16:11

気泡の疎水性はNo1のtoranekosanさんの回答で良いと思います。

親水性、疎水性は元来は固体表面の水に対する性質を示すもので、水滴を落としたとき拡がるもの(濡れる)を親水性、水滴が球状になるものが疎水性(撥水性)です。(厳密には水滴の接触角が60°以上を親水性といい固体－液体－気体の3 相間の界面張力によって決まる数値です)　これらは白か黒かではなく、連続的なものです。
これを水中の気泡に拡大すると疎水性の固体表面に気泡を接触させたとき付着すれば疎水性、離れれば親水性でしょうか。親水性の高いガスは水への溶解度が高く、疎水性では低くなります。
加圧浮上で使われる気体は空気です。1気圧で空気は20℃の水1kgに18mlしか溶解しません。(純粋な窒素は15.6ml、酸素は31ml、水素は10ml)です。これらのガスは水との親和性が少なく、親水性が低い(疎水性)といえます。水との親和性の高い(親水性)炭酸ガスは880ml、塩素ガスは63000ml、アンモニアは約700000ml溶解し、その一部が水と反応します。

加圧浮上では多くの気泡を発生させるため加圧して空気の溶解量を増やします。常圧に戻すと微小気泡が発生して汚濁物質(SS、フロック、油分)に付着し、浮き袋の役をして浮上します。SSはそのどこかに分子的に疎水部分があれば気泡は付着します。

No.2 回答者： ssk0723 回答日時： 2005/05/18 00:07

加圧浮上の気泡って酸素じゃなかったですか？好気性微生物処理やし。

（間違ってたらすいません。。）

気泡が出る原理は炭酸飲料のふたを開けたときと同じで、
いきなり曝気槽が大気圧下にさらされるから、溶けきれなくなった溶存酸素が気泡となり出て行く。
確かに酸素は水に溶けますが、そんなに溶けないので疎水性である○
のような気がします。

生物のきっかけは、海中から酸素が出て行って、生物が陸上へ進出できるようになった。

かな～。。