粒子径のみが異なる大小2種の単分散球形固体粒子から成る粉体I及びIIを、同一仕込み量(W0)で一定温度の水にそれぞれ投入し攪拌した。
溶解せずに残っている量(Wt)を経時的に測定したところ、図のような関係が得られた。
この結果の説明に関する記述のうち、正しいのはどれか。
2つ選べ。
ただし、溶解はシンク条件において拡散律速で進行するものとし、試験条件は同じとする。
(図:縦軸 W0^1/3-Wt^1/3(g^1/3)、横軸 時間(分)。粉体I(実線)は原点から(50, 0.2)へほぼ直線的に増加、粉体II(破線)は原点から(50, 0.3)へほぼ直線的に増加する。)
正解を2つ選んでください。
正答1・2
解説
正解は1と2。
図の縦軸(W0^1/3-Wt^1/3)の時間変化が直線を示すことは、拡散律速の粒子溶解を表すHixson-Crowellの立方根則(W0^1/3-Wt^1/3=kt)にいずれの粉体も従うことを意味する。
この式の速度定数kは粒子の初期半径に反比例するため、傾きが小さい粉体I(50分で0.2)は傾きが大きい粉体II(50分で0.3)よりkが小さく、初期粒子径は粉体Iの方が大きいと判断できる。
粉体Iの速度定数は0.2/50=0.004 g^1/3/minであり0.006ではない(0.006は粉体IIの値)。
また縦軸の値はg^1/3の次元であって溶解量(g)そのものではないため、60分後の溶解量が0.36 gであると直接判断することはできない。