第3回　疎水コロイド・親水コロイドとHamaker定数

第2回に登場したHamaker定数の表現は真空中における2つの物体（コロイド粒子）間のvan der Waals相互作用に対するものであった。ここでは、2つの物体が媒質中で相互作用する場合のHamaker定数の表現を導く。van der Waals相互作用の加算性から媒質3における物質1と2からなる2つの粒子1、2に対するHamaker定数A₁₃₂は次のようになる [1, 2]（図1参照）。

ここで、Aij (i,j = 1, 2, 3) は真空中における粒子iと粒子jの相互作用に対するHamaker定数であり、A_ij=A_ji=√(A_ii) √(A_jj) の関係が成り立つ。(1)式の変形の際にこの関係を用いた。とくに、媒質3における2つの同種粒子1に対するHamaker定数A₁₃₁は次式で与えられる。

また、次の関係が得られる。

Hamaker定数の単位はエネルギーの単位J (ジュール)である。粒子1 = 疎水コロイド、粒子2 = 親水コロイド、媒質3＝水の場合、疎水コロイドは水と性質が大きく違うため、A₁₁（真空中での疎水コロイド同士）とA₃₃（真空中での水同士）の差が大きく、(2)式より、A₁₃₁（以下、A_{疎水―疎水}と書く）は大きくなる。逆に親水コロイドでは、水と性質が近いため、A₂₂（真空中での親水コロイド同士）とA₃₃の差が小さく、A₂₃₂（A_{親水―親水}）は小さくなる。実際、A_{疎水―疎水}は10^-19 Jのオーダーで熱エネルギーkT (= 4×10^-21 J) の100倍程度、A_{親水―親水}は10^-21 JのオーダーでkTと同程度であり、さらに、(3)式からA₁₃₂（A_{疎水―親水}）は10^-20 JでkTの10倍程度になることがわかる。このように、A_{疎水―疎水}：A_{疎水―親水}：A_{親水―親水} の比はほぼ100：10：1になり、疎水コロイドと親水コロイドの違いをHamaker定数の大小で評価することが可能になる[2]。

• 1. J.N. イスラエルアチヴィリ著　分子間力と表面力　第3版　大島広行訳　朝倉書店　2013.
• 2. van Oss CJ, Absolom, DR, Neumann, AW (1980) The “Hydrophobic effect”: Essentially a van der Waals interaction. Colloid Polym Sci 258: 424-427.