その他 - 比表面積

概要

比表面積は、物質の単位質量または単位体積あたりの表面積を表す物理量である。

定義と単位

• 質量基準

  m²/g (単位質量あたりの表面積)

• 体積基準

  m²/m³ (単位体積あたりの表面積)

物質の性質との関係

• 反応性

  比表面積が大きいほど、化学反応が起こりやすくなる。

• 吸着性

  比表面積が大きいほど、物質の吸着能力が向上する。

• 溶解性

  比表面積が大きいほど、溶解速度が速くなる。

粒子径との関係

比表面積 (S) は、粒子径 (d) と以下に示すような関係がある。

球形粒子の場合 $S={\dfrac {6}{\rho \,d}}$

• ρ

  粒子の密度

• d

  粒子径

上記の関係から、粒子が小さくなるほど比表面積は増大することがわかる。

例題:
密度2.5[g/cm3]、直径0.001[cm]の球形粒子の比表面積を求める。

${\begin{aligned}{\mbox{  比  表  面  積  }}\,&={\dfrac {6}{2.5\times 0.001}}\\&={\dfrac {6}{0.0025}}\\&=2400\,\,\mathrm {[cm^{2}/g]} \end{aligned}}$

立方体粒子の場合
${\begin{aligned}{\mbox{ 比 表 面 積 }}\,&={\dfrac {6a^{2}}{a^{3}\rho }}\\&={\dfrac {6}{a\rho }}\,\,\mathrm {[cm^{2}]} \end{aligned}}$

• a

  立方体の一辺の長さ [cm]

• ρ

  密度 [g/cm³]

応用例

セメント工業での活用

比表面積は、セメントの品質管理における重要な指標である。
JISでは、ポルトランドセメントの比表面積は2,500[cm²/g]以上と規定されている。

比表面積が大きいほど、水和反応が促進、初期強度の発現が早い、施工性が向上する。

触媒での活用

触媒の効率は比表面積に大きく依存する。
活性炭や多孔質材料では、比表面積を最大化する設計が重要となる。