土が負の電荷をもつ理由を分かりやすく

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土の粒子が負の電荷を帯びている、ということを聞いたことはありますか?

もしあっても、その理由までは知らない人が多いと思います。

今回は「土が負の電荷をもつ理由」についてざっくりと説明していきます。

かなりマニアックな内容ですが、興味のある方は読んでみてください。

前提となる知識

土が負の電荷をもつ理由を理解するには、土を構成する粒子がどんなものかを分かっておく必要があります。

土と言っても色々あるようなので、「こういうのが多いよ」というものを紹介することにします。

土を構成するパーツとして多いのは、以下の構造だと言われています。

こんなのが積み木のように積み重なったものが、土の粒子を作っています。

主な理由は3つ

土粒子の基本的な構造を理解したところで本題に入りましょう。

土の粒子が負の電荷をもつ理由は主に次の3つです。

1.土粒子に含まれる元素の置換が起こる

2.負に帯電したO原子が端っこにある

3.土の周囲に有機物がつく

それぞれについて少し説明しましょう。

1.土粒子に含まれる元素の置換が起こる

先に説明したように、土を構成するパーツはケイ素(Si)、アルミニウム(Al)に酸素がくっついたものです。

このSiやAlが他の元素に置き換わってしまうことがよくあります。

SiならAl・Fe・Mgに置き換わり、AlならMgに置き換わります。

そこで酸化数を考えてほしいのですが、

\(\begin{eqnarray}
\left\{
\begin{array}{l}Si^{4+}\to Al^{3+},Fe^{3+2+},Mg^{2+}\\Al^{3+}\to Mg^{2+}\end{array}
\right.
\end{eqnarray}\)

となるのは大丈夫でしょうか?

酸化数が減っているのが分かりますね。

つまり、正電荷が減るということです。

土が負に帯電する理由の1つ目はこれです。

ちなみにこれは「永久荷電」と言われます。

2.負に帯電したO原子が端っこにある

土の構成成分はケイ素なアルミニウムに酸素がくっついたものでしたよね。

その酸素は他のパーツとくっつくのですが、端にあるものはそうはいきません。

酸素は負に帯電しているので、端は負に帯電するとこになります。

これが土の負電荷の理由のふたつめです。

3.周囲に有機物がつく

土の粒子の周囲に有機物がくっつくことがよくあります。

こんなイメージです。↓

土の粒子にくっついている有機物は表面に \(-COOH\) を持っています。

これが一部電離して、\(-COO^{-1}\)になります。

これが負電荷の原因となるわけです。

まとめ

振り返りをしておきましょう。

土粒子が負電荷をもつ理由は、

①金属の置換が起こる

②土粒子の端にある酸素原子の負電荷

③土粒子にくっつく有機物表面の負電荷

の3つです。

というわけで、土粒子が負電荷をもつ理由について書いてみました。

土粒子が負電荷だと分かったらどうなんだ?と思った方がいるかもしれませんが、そんな疑問には別の記事で答えたいと思います。

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