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分散系(ぶんさんけい)とは、0.001〜1µm(1〜1000nm)程度の粒子が、気体、液体あるいは固体に浮遊あるいは懸濁している物質である。このように浮遊あるいは懸濁している状態を分散(disperse)と呼ぶ。

◆ 分類

◇相による分類

分散系では、分散している粒子を分散質(dispersoid)、粒子が分散している媒質を分散媒(disperse medium)と呼ぶ。分散系の成分は二つとは限らないので、一般には分散系において最も量の多い構成要素が分散媒と考えてよく、連続相の状態を取る。分散系は分散質と分散媒の組み合わせで次のように区分される。

◇粒子サイズによる分類

粒子サイズが100nm(0.1µm)程度以下の分散系は、(相を問わず)コロイドとも呼ばれる。コロイドとその上下で、系の性質は次のように変わる。ただしこれらの違いは明確なものではなく、連続的なものである。

分散媒が液体のコロイドをコロイド溶液と言い、系全体の粘性により、低粘度で液体状のゾルと高粘度で固体状のゲルに分かれる。

◆ 性質

分散系は多様な物性を示す。例えば、分散系の粒子径は可視光の波長に相当するため光を散乱するために色々な光学的性質を示す。即ち、分散系のレイリー散乱・ミー散乱は朝もや、牛乳の濁りやオパールの光沢として表れる。

Image:SonneNebel.jpg|朝もや(エアロゾルによる散乱、チンダル現象の例)

Image:Milk glass.jpg|牛乳(ゾルによる散乱)

Image:Opal_Armband_800pix.jpg |オパール(ソリッドゾルによる散乱)

また、分散系溶液(コロイド溶液、ゾル)の粘性はその分散系の構成により多様な性質を示す。例えば多くのゾルは構造粘性と呼ばれるずれ応力に対して見かけの粘性度が低下する性質を示したり、逆にゲルと呼ばれるような流動性を失い固体様の性質を示したりする。

◇ チンダル現象

チンダル現象(チンダルげんしょう)は分散系に光を通したときに、光の入射方向より斜めより見ると光の通路が見える現象で、主に光がレイリー散乱により一様に散乱されて生じる。

ジョン・チンダルによって発見されたためこの名がある。レイリー散乱の強度は粒子径の4乗に逆比例するので、色がついて見える場合がある。この色は粒子径によって決まるので粒子の種類を反映しない。

◇ 凝析・塩析

凝析(ぎょうせき、)は、分散質粒子同士が吸着集合して沈降する現象であり、イオン性物質(塩)により引き起こされる凝析は「塩析(えんせき、)」と呼ばれる。一般に分散質粒子の表面は電荷が存在しており、同種の粒子には同種の電荷が存在する為に粒子質量が小さい場合は、分子間力よりも表面電荷の斥力が大となる為、粒子の凝集が妨げられ分散系は安定化する。また、親水コロイドの場合疎水コロイド同様に表面電荷を持つとともに水和により多数の水分子が配位している為にさらに安定化している。保護コロイドのように表面電荷にたんぱく質等が吸着してたんぱく質の表面電荷によりさらに安定化している場合もある。分散系にイオン性物質を加えると、表面電荷にイオンが吸着することで表面電荷が中和されるので、分子間力による凝集作用を増強する。親水コロイドや保護コロイドは保護層を形成している水和している水やたんぱく質などに塩やエタノールが吸着して分散質表面から引き剥がしてから表面電荷が中和されるので、より大量の凝析・塩析物質を添加する必要がある。各種ゾルに対するイオンの凝結能力(臨界ミセル濃度の逆数)で測定すると、

;陰イオン

:クエン酸塩 > 酒石酸塩 > 硫酸塩 > 酢酸塩 > 塩化物(Cl^-) > 硝酸塩 > 塩素酸塩

;陽イオン(あまり明確ではない)

:Li⁺ > Na⁺ > K⁺

の順に凝結能力が高い。この性質は1888年に発見したF・ホフマイスターにちなんで、ホフマイスター系列(ホフマイスターけいれつ、Hofmeister's series)と呼ばれる。タンパク質は表面電荷(イオン性の側鎖)の量と分布とによって沈殿が起こるイオン濃度が異なるため、塩析はタンパク質の分離・粗精製の手段として用いられる。

◇凝析・塩析の例

・ポリビニルアルコールに硼砂を入れてスライムを作る。

・パスタを茹でるときに食塩を加えて、表面のタンパク質を凝固させて、ツルツル感を与える。

・油脂を鹸化して石鹸を作るとき、最後に多量の食塩を加えて石鹸を沈殿させる。

・河口付近の三角州は海に含まれる大量のイオンに泥などのコロイドが凝析して沈殿を起こすために生まれる。

◆ 関連項目

・コロイド

・ゾル

・エアロゾル

・ゲル

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