比表面積とは？

比表面積は、固体オブジェクトの尺度です。 オブジェクトの表面積をその質量と比較し、特に土壌などの材料、または理論的には滑らかな表面であるが実際には傷などの欠陥がある材料に関連します。 さまざまな測定手法があり、さまざまな結果が得られますが、各方法は特定の種類の材料に適しています。

数学的な観点から、これは非常に単純な概念です。 たとえば、4インチ（10 cm）の立方体の合計表面積は6 x 4インチx 4インチで、これは96平方インチ（660平方センチメートル）に相当します。 立方体の質量が7オンス（約200g）の場合、比表面積は1オンスあたり13.7平方インチ（約3.3平方センチメートル/グラム）です。

比表面積は、欠陥や不整合を測定するためにも使用できます。 たとえば、数字を示すディンプルにより、サイコロのセットの表面積と質量は純粋な立方体とわずかに異なります。 これがより高いまたはより低い比表面積につながるかどうかは、ディンプルのサイズと深さに依存します。 理論的には、すべてのサイコロの比表面積は同じになりますが、一貫して作られていない場合はばらつきが生じる可能性があります。 この概念は、それ以外の場合は滑らかな金属片の傷など、はるかに細かいスケールに適用できます。

比表面積を測定する主な方法は3つあります。 1つ目は吸着によるもので、気体、液体、または溶解した固体の粒子が測定対象の材料に付着します。 プロセスの一般的な例は、水分がシリカゲルに「吸収」される場合です。 BET方程式として知られる複雑な公式は、このプロセス中に観測されたデータを使用して比表面積を計算できます。 ただし、結果は吸着に使用される材料によって異なります。

土壌などの材料に最も適したより単純な測定は、粒子分布です。 これには、さまざまな方法を使用して、材料の個々の粒子をサイズで分類することが含まれます。 これは、さまざまなサイズを使用するのと同じくらい簡単に、またはレーザービームを使用するのと同じくらい複雑な方法で行うことができます。

3番目の方法は、粉末状の材料に使用されます。 空気などのガスを粉末のベッドに強制的に通し、粒子によって引き起こされる抵抗を測定します。 この方法の一般的な使用法の1つは、粉末セメントの品質を評価することです。これは、比表面積が硬化速度に影響を与えるという考え方です。