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溶解度積と指示薬も特許で使われていて、興味深い

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化学の概念が特許でどのように使われているか調べてみると、装置の小型化や、簡便化のところで登場することがありますね。

意外なところで、何も感じていなかった指示薬が使われている!というのは、なかなかのヒットポイントでした。

指示薬@特許明細書

フェノールフタレインやメチルオレンジなどの指示薬が、何かを検知する手段や、あるものを交換するタイミングを確認するために、簡単な構成として登場している特許をいくつか見つけました。

ざっとまとめるとこんな感じ。

シクロデキストリンは以前、少し脱線して本を読んだテーマでした。

(残念ながら、現時点では「ちょっと知っている」程度に過ぎません)。

 

化学を勉強していると、とても基本的な概念が、何らかの手段の簡便化のために応用されていることがあり興味深いですね。

何かを検知するための手段として、ボルタ電池が応用されていたり、超音波が使われていたり、指示薬が使われていたり。特許での応用のされ方をもっと見ていくと、推測しやすくなるのかなと思いました。

溶解度積も面白い

最近、化学の勉強の延長で、電池の明細書を読むことが何度かありました。

電池は応用範囲が広いですね。

先日少し詳しく見たのが、「溶解度積」の特許。

マグネシウム電池の明細書でしたので、電池の基本から自己放電の問題などを復習する機会になりました。

リチウムイオン電池が最前線だと思っていましたが、資源的制約のないマグネシウム電池が次世代電池として注目されているようですね。

 

負極に使う物質を、マグネシウムオンリー➡マグネシウム合金とすることで、

負極(マグネシウム)が放電した後に、負極で発生した電子(Mg→Mg2+ + 2e-)が電解液中の水素イオンと反応して水素を発生してしまい(2e-+2H+→H2↑)、電子が正極へ移動できず、電力量が低下する、という問題を解決していました。

具体的には、マグネシウム合金中の鉛(Pb)が電解液中のCl-と反応して、塩化鉛(PbCl2)が負極表面に形成されます。

この形成された塩化鉛によって、負極中のマグネシウムと水溶液が接触できなくなり、自己放電を抑制することが可能となっていました。

で、この塩化鉛は生成された後、溶けてしまっては困ります(自己放電を抑制できない)ので、

ここで溶解度積が登場していました。

溶解度積が〇〇以下の難溶性の塩を使うように、という風にです。

面白いですね!!

溶解度積をグラフでイメージ

溶解度積とは溶けにくい塩(AgClなど)が沈殿するかどうかの指標のことで、

イオン濃度の積が溶解度積を超えると沈殿を生じ始めます。

各物質を比べたとき、溶解度積の大小の違いをすぐにイメージできませんでした。

私なりの図解ですが、こんなイメージなのかなと思います。

物質A、B、Cを温度一定で比べた時のグラフ。

Aは溶解度積が一番大きく、溶けています。

Cは溶解度積が一番小さく、沈殿しています。

例えば、A=PbCl2、C=AgClなど。

 

相互作用の強さの目安

ある特許明細書に、溶解度積は、アニオンとカチオンとの相互作用の強さの目安になる、と書いてありました。

つまり、沈殿する=相互作用が強い、ということですよね。

もし英語の原文で、溶解度積に関する記載で「相互作用」と登場したとき、

それが意味するものは、「沈殿するかどうか」を指しているということですよね。英語での使われ方も探してみたいと思います。

そこで、相互作用を縦軸に、溶解度積を横軸にグラフにしてみました。

溶解度積が大きくなるほど、相互作用は弱くなり、

逆に、溶解度積が小さくなるほど、相互作用が強くなる、ということですね。

相互作用=沈殿のしやすさ、と置き換えることができますね。

あっているかはおいておいて、このようにグラフにした方がわかりやすかったです。

 

 

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