酸素ガスとの反応速度測定による珪酸塩中酸素イオン活量定量化の試み

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655277
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 長坂 徹也 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30180467)
• Keywords: 同位体交換反応 / 酸素同位体 / 酸素イオン / スラグ / ガラス / 反応速度

Research Abstract

酸化物は、例えばガラス、機能性セラミックス、電解質、精錬用フラックスなど、極めて広い工業技術分野で利用されている物質である。大部分の酸化物はイオン性物質であることから、その本質的性質を理解し、最大限の特性を発揮させるためには、構成イオン種の物理化学的性質を理解しなければならない。しかしながら、酸化物中の酸素イオンの活量は、基準となるべき純粋なイオンの単体が安定には存在できないため、その活量の定量化は現状では困難である。申請者は酸化鉄系酸化物融液とCOガス間の化学反応速度を測定し、広い組成範囲に亘って反応速度が2価と3価の鉄イオン濃度比に比例することを見出し、反応速度が炭酸イオンと酵素イオンの活量に依存しているものと推測した。この成果から、ガスと酸化物間の酸素自身の反応速度を測定すれば、反応速度は酸素イオンのみの関数として表示できるので、酸素イオンの活量を評価できる可能性がある。そこで本研究では、珪酸塩表面における酸素分子の解離速度を測定することによって、珪酸塩中の酸素イオンの活量を定量的に評価することを試みた。本年度は、測定方法を確立するために、実験装置、測定条件の検討を行った。まずスラグ薄膜を形成するために、黒鉛、モリブデンの試料ホルダーを作成し、これにスラグ試料を乗せて高周波過熱することによって、その表面にスラグ薄膜を保持させた。温度一定の条件でスラグを純酸素と平衡させた後、酸素ガス中に酸素同位体^<36>O_2を5%添加して反応前後における^<36>O_2、^<34>O_2、^<32>O_2の存在比を四重極型質量分析装置で定量した。その結果、酸素同位体の交換速度の測定が可能であることが示され、原理的に実験が可能であることがわかった。ただし、黒鉛、モリブデンがスラグ中にわずかに溶解するため、その影響が懸念されるので、次年度では、高価ではあるが、白金製ホルダーを用いて実験方法を確立する予定である。