岡野の化学で中和滴定について学習し、ビュレットの目盛りを読むときにはメニスカスのへこんだ面の位置を基準にしましょうという話が出てきました。
このあたりの話は高校のとき実験をやったから結構覚えているなと思って聞いていたのですが、
メニスカスには凹凸両方あるんですね、というのを画像検索で見て、あれ？となりました。
凹面しかないと思い込んでいたのです。
では、凸面になる場合というのは具体的にどんな場合なのでしょうか。
日本語の資料ではあまりわかりやすいものが出てきませんでしたが、英語の資料だと水と水銀の比較画像がたくさんヒットしました。
ポイントとなるのは、液体分子とガラス表面が引き合う力と、液体分子同士で引き合う力との大小関係です。
水あるいは水銀とガラスとの関係でいえば以下のようになっているといえます。
水分子間で引き合う力の強さ ＜ ガラスと水分子の間で引き合う力の強さ
水銀原子間で引き合う力の強さ ＞ ガラスと水銀原子の間で引き合う力の強さ
液体分子がガラス表面に引っ張られる力の方が強ければ、ガラス管の側面に液体が広がって凹型のメニスカスになりますが、
液体分子同士で引き合う力の方が強ければ、ガラス管の側面には広がっていかず、液体内部に引っ張る力によって表面張力で凸型のメニスカスになります。
ガラス表面と引き合う力ですが、ガラス表面は下図のようなシラノール基で構成されており、この部分との反応を考えます。
水の場合
水の場合、水分子の間は水素結合で結びついています。
一方、水分子とシラノール基との間はというと、これもやはり水素結合ができると考えられます。
しかし、メニスカスの構造を見ると、同じ水素結合でも後者の結びつきが強いということになります。
このようになる理由は電気陰性度の差で説明ができます。
こちらからO、H、Siのポーリングの電気陰性度を抜粋しました。
O 3.5
H 2.2
Si 1.8
水分子のO-H間、シラノール基のSi-O間の電気陰性度の差を考えると、
O-Hの電気陰性度の差 ：（Oの電気陰性度）-（Hの電気陰性度）＝3.5-2.2＝1.3
O-Siの電気陰性度の差 ：（Oの電気陰性度）-（Siの電気陰性度）＝3.5-1.8＝1.7
となり、O-Siの方が電気陰性度の差が大きく、O-Hに比べより大きく分極していると言えます。
このため、O-Siの方が水素結合で水分子と引き合う力が強くなります。
水銀の場合
水銀の場合は比較的強い金属結合でHg原子同士が結合しています。
一方、Hg原子とシラノール基との間には弱いファンデルワールス力程度しか働かないため、ガラス管に広がるする現象は見られません。
また水銀は水銀原子同士で引き合う力が非常に強いため、表面張力も強いです。
下の表面張力の一覧を見るとわかるように、
水は様々な液体の中で比較的大きな表面張力を持ちますが、水銀はそれとは比べ物にならないほど大きいです。
cohesive force と adhesive force
今回参照した英語の資料から、cohesive force と adhesive forceという英語が使われるようだとわかったので、少しAIとやりとりしてみました。
自分：
水と水銀のこのようなガラス面に対する反応の違いを説明する英語の資料を参照したところ、cohesiveとadhesiveという単語が使われていましたが、それぞれ日本語としてどのように訳すのが適切でしょうか？
AI：
「cohesive」と「adhesive」は材料科学や物理化学で重要な概念を表す用語です。これらの用語の適切な日本語訳と、その使用context について説明します。
Cohesive (コヒーシブ):
一般的な日本語訳：「凝集性の」「結合力の」
より専門的な訳：「凝集力の」「自己結合力の」
使用例：「液体の凝集力」「物質内部の結合力」
Adhesive (アドヒーシブ):
一般的な日本語訳：「接着性の」「粘着性の」
より専門的な訳：「付着力の」「異種間結合力の」
使用例：「液体と固体表面間の付着力」「異なる物質間の接着力」
これらの用語を水と水銀のガラス面に対する反応の文脈で使用する場合：
水の場合：
水分子間の cohesive force (凝集力) よりも、水とガラス表面間の adhesive force (付着力) の方が強い。
日本語で表現すると：「水の分子間力よりも、水とガラスの界面力の方が強い」
水銀の場合：
水銀原子間の cohesive force (凝集力) の方が、水銀とガラス表面間の adhesive force (付着力) よりも強い。
日本語で表現すると：「水銀の原子間力の方が、水銀とガラスの界面力よりも強い」
科学論文や技術文書では、「cohesive」と「adhesive」はしばしばカタカナ表記（コヒーシブ、アドヒーシブ）で使用されることもあります。しかし、一般的な説明では「凝集力」と「付着力」という訳語がよく使われます。
これらの用語の使用は、液体の表面張力や、異なる物質間の界面現象を理解する上で非常に重要です。水と水銀のガラスに対する異なる挙動を説明する際に、これらの概念が中心的な役割を果たしています。
自分：
分子間力を指すときにはintermolecular forceなどの表現もあると思います。
cohesive forceやadhesive forceという言葉は、界面において、同じ相の間の結合力と、異なる相の間の結合力、という文脈で使われるということでしょうか？
AI：
その通りです。あなたの理解は正確で、これらの用語の使用context をより適切に捉えています。ご指摘の点について、さらに詳しく説明しましょう。
Intermolecular force（分子間力）:
これは一般的に、分子間に働く力を指す広い概念です。
van der Waals力、水素結合、双極子-双極子相互作用などが含まれます。
主に単一の相内での分子間相互作用を指しますが、必ずしも界面に限定されません。
Cohesive force（凝集力）:
同じ物質の分子または原子間に働く引力です。
主に単一の相内での相互作用を指します。
液体の表面張力の原因となります。
例：水分子同士の水素結合、金属内の金属結合
Adhesive force（付着力）:
異なる物質間に働く引力です。
主に異なる相の界面での相互作用を指します。
例：水とガラス表面の間の相互作用、接着剤と被着材の間の相互作用
cohesive forceとadhesive forceは確かに界面現象を説明する際によく使用されます：
Cohesive force: 同じ相内（例：液体の内部）での分子間または原子間の引力を表します。
Adhesive force: 異なる相間（例：液体と固体表面の間）での分子間または原子間の引力を表します。
これらの概念は特に、以下のような現象を理解する上で重要です：
濡れ性（wettability）
毛細管現象
表面張力
接着と凝集の問題
水とガラス、水銀とガラスの例に当てはめると：
水の場合：adhesive force（水-ガラス間）> cohesive force（水分子間）
水銀の場合：cohesive force（水銀原子間）> adhesive force（水銀-ガラス間）
この理解は、材料科学、物理化学、界面科学などの分野で非常に重要です。
自分：
cohesive forceあるいはadhesive forceという言葉(cohesive forceそのままではなく、cohesionなど派生形を使っても構いません)と、intermolecular forceという言葉がどのように使い分けられているか、実際の論文や教科書や特許明細書の中で使われている例を５つ挙げてください。日本語の対訳つきでお願いします。
AI：
はい、承知しました。実際の論文や教科書で使用されている表現を探し、cohesive force、adhesive force、intermolecular forceの使用例を5つ挙げます。これらは学術文献からの実際の引用です。
“The cohesion of water is due to hydrogen bonds between water molecules.”
(出典: “Chemistry: The Central Science” by Brown, LeMay, et al.)
日本語訳: 「水の凝集性は、水分子間の水素結合によるものである。」
“Adhesion is the tendency of dissimilar particles or surfaces to cling to one another, while cohesion is the tendency of similar or identical particles/surfaces to cling to one another.”
(出典: “Introduction to Materials Science for Engineers” by James F. Shackelford)
日本語訳: 「付着は異種の粒子や表面が互いに付着する傾向であり、凝集は同種または同一の粒子/表面が互いに付着する傾向である。」
“The intermolecular forces between the molecules of a liquid are responsible for the phenomenon of surface tension.”
(出典: “Physical Chemistry” by P.W. Atkins and J. de Paula)
日本語訳: 「液体分子間の分子間力が表面張力現象の原因となっている。」
“In general, if the adhesive forces between a liquid and a solid are stronger than the cohesive forces within the liquid, the liquid will spread out over the solid surface.”
(出典: “Principles of Colloid and Surface Chemistry” by Paul C. Hiemenz and Raj Rajagopalan)
日本語訳: 「一般に、液体と固体間の付着力が液体内の凝集力よりも強い場合、液体は固体表面上に広がる。」
“The boiling point of a liquid is determined by the strength of the intermolecular forces between the molecules in the liquid phase.”
(出典: “Chemical Principles: The Quest for Insight” by Peter Atkins and Loretta Jones)
日本語訳: 「液体の沸点は、液相中の分子間の分子間力の強さによって決定される。」
2番目の例などは同種か異種かという点が明確に説明されています。
cohesiveとadhesiveの違いが分かってきたところで、色々検索しているとcohesive bandageという単語を見かけました。
これは日本語では自着性包帯と呼ばれ、包帯同士はくっつくけれども肌や毛髪、衣服などにはくっつかないという包帯です。
これは同じ包帯の素材同士の間でくっつくことからcohesiveが使われていると考えられます。
これがadhesiveだと異なる素材が対象になるので、肌や衣服にくっつくタイプ、つまりよくある絆創膏のような粘着タイプのものを指すことになるのですね。
6/22（土）学習時間：12.5H
・岡野の化学（132）～（134）
・メニスカス、cohesive,adhesiveについて
・半導体のはんだ接合に関する特許明細書最後まで
→読みやすく書かれていて分量も少なかったためおおむね理解できたが、共晶組織よりも共析組織の方が相界面の応力差が小さくなるというのがなぜだかわからなかった。これは今後の課題として残しておく。
課題）
・せん断試験について理解できそうな範囲で少し調べてみる
・リソグラフィ関係の特許を20件ほどピックアップしたので日本企業のものを順番に読んでいく
その他
・0333 トライアル応募の注意点
・リソグラフィ関係で読む予定の特許明細書リストを作成
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