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B2-1~B2-2 の2間のうちから1問を選んで解答しなさい. (配点10点)
B2-1 次の文中の空欄に当てはまる最も適切な答えを候補群から選びなさい。
風船は天然ゴム (イソプレン) で作られており, 膨らませた後で縮んでいく過程は気体の膜透
過現象とみなせる. 実際に, 空気と水素にて同じ大きさに膨らませて一晩置いたところ, 空気を
つめた風船はほとんど大きさを変えなかったのに対して水素の方は半分ほどの大きさに縮んだ。
この結果に対する理由について, 以下のような説明をすることができる。
気体分離膜中の着目分子の移動速度 Q/A[mol*m?*sりは, 拡散係数 D, 膜厚 tm 膜中の供給側
(風船内)の濃度を CH, 透過側 (大気) の濃度を Cとすると, 次式で表すことができる。
2-D(C-C)
A t
ここで膜中の濃度 CH, CLは測定するのは困難であるため, 着目成分の気相中の分圧 pと膜中の濃
度Cとの間に一定の平衡関係を適用して濃度を気相分圧 p で書き表すことにする. その関係式と
して、
型の式を適用すれば、
a
C=S*p
と表される。ここで, Sは
b
に関係する係数である. 着目成分の供給側の分圧を pa, 透過側
の分圧を pとして, 上式を式(1)に代入すると着目成分の膜透過速度は次式で表される。
2-
A
c(d]-e)
C
P
式(3)において, 膜厚は同じとみなすと, 残りのバラメータの大小によって風船の収縮速度が決
まる。つまり,冒頭で述べた空気に比して水素の風船が早く縮んだのは, 水素の透過が大きかっ
たためと理解できる. その 1番の理由は
内外で|g|ためにそれが小さい. 2番目の理由は,分子の大きさや質量に依存する
素の方が大きいことである.なお, 炭素数4以上の有機ガス (例えばブタン)になると i は小
さくなるものの, それ以上にj_が大きくなるために水素よりも早く縮むことが知られている。
f
が大きいためであり,空気の風船の場合は組成が
h
が水
[候補群]
0 Heury
(2) Langmuir
(2)飽和度
a
(3) Freundlich
(4) Raoult
(5) Fick
b
(1)揮発度
(3)溶解度
(4)分散度
(5) 自由度
S
D
D
C
DS
Dt。
Stm
S
DS
「m
d
(3) Pu
PL
(2) PL
(4) PHS
(5) pLS
(1) pH
(2) pL
(3) PL
PH
(4) PHS
(5) pLS
(1) pL
(2) pu- PL
(3) PH
(4) 2
(5) D
S
(6) S
(8) 同じである
(9) 差が小さい
(10)差が大きい
