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空気イオンの基礎(1)

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A. 空気イオンの発見

(1)  クーロンの実験

「帯電した金属を絶縁して、空気中に放置した時に 次第にその帯電電荷が消失する」(1785年)

↑ この時点では、電荷がなぜ消失するか は明らかにされていなかった。



(2) 気体内イオン伝導説

「気体は溶液に溶ける電解質のようにプラス又はマイナスに 帯電した微粒子を含み、気体の電気伝導性はその帯電した 微粒子の存在による」(レントゲン線やベクレル線の発見及びその研究による)

これらはエステルやガイテル、ウィルソンらにより、 大気中に於ける電気伝導性の説明に適用され、クーロンの実験結果の解釈に もつながった。

この微粒子を 「(空気)イオン」 と呼ぶようになった。
なお、初めて「イオン」と呼んだのはファラデーである。

B. 空気イオンの概念

(1)  空気イオンの正体

空気イオンとは、 気体内のプラス又はマイナスに帯電した 微粒子(酸素分子など) のことをいう。1個のマイナスイオンの持つ電荷は、 電子の電荷に等しい。



(2)  空気イオンの発生原理

イオンの電荷の符号は正負ともにあり、正に帯電しているものを プラスイオン、負に帯電しているものをマイナスイオンという。
一般的な発生原理としては、遊離電子(free electron)が空気中に放出されて、 これが他の気体分子(酸素分子など)と衝突→付着してマイナスイオン が発生する。

C. 移動度

(1)  移動度の考え方

空気イオンは、その電気的な性質のため電界の影響を受けて 移動する。
その移動速度は電界の強さに比例し、特に単位電界 1(V/m)あたりの移動速度のことを 「移動度」或いは 「運動度」 という。

速度の単位は、(m/s)であり、また、移動度は単位電界あたりの 速度なのでこれを電界の単位(V/s)で割る。



移動度の単位 = (m/s)÷(V/m) = (m2/Vs)


多くの場合、移動度はイオンの持つ電気量eとその質量mの 比により決まる。

移動度の大きいものを小イオン、 小さいものを大イオンという。



(2)  移動度を考える理由

空気イオンの生体への効果を考えた場合、空気イオンの移動度は 密接な関係にある。

小イオンは、移動度が大きく、また拡散係数も大きいため 生体へ付着しやすい。これに対して、大イオンは移動度が小さく、 拡散係数が小さいため、同じ量の小イオンと比較した場合、 生体へ付着する割合が減少し、その効果は小さくなる。

D. イオンの分類

一般にイオンの移動度及び大きさにより、次のように 分類される。

(1)  遊離電子

単独に存在する電子で、その質量は水素原子の約1/1800と 大変小さく、陰極線や放射性物質によるβ線と同様、 移動度は非常に大きい。 一般に大気中では、空気のごく希薄な上空、或いは非常に純粋な 窒素、ヘリウム、アルゴンなどのガスの中に認められる。



(2)  原子イオン

正負ともにあり、プラス原子イオンは原子が電子を失ったもの、 マイナス原子イオンは電子が他の中性原子に付着したもの。
電子とともに大気の上層にのみ限られて存在する。



(3)  小イオン

軽イオン、正常イオンなどとも呼ばれ、 大気中に存在する主なものである。

大気中に於いて電子又は原子イオンが発生すると瞬間的に これが核となり、周囲に気体分子を引き寄せて結合して分子集団 となる。 これを小イオンという。

結合している分子の数は数個から数十個で、 一般にプラスイオンの方がマイナスイオンよりも質量が大きい。 一般的には、0.4〜0.8(cm2/Vs)程度よりも 大きな移動度を持つイオンを指すことが多い。



(4)  大イオン

重イオンなどとも呼ばれる。
正又は負の小イオンや電子が、埃やチリ、或いは霧などの微粒子に付着 したもので、小イオンと形は同じであるが、質量は小イオンの千倍位のもの がある。移動度は広範囲にわたり、0.0005〜0.01 (cm2/Vs)程度のものが多い。

特に汚染された空気中に多く存在する。



(5)  中間イオン

ポロックによって発見されたイオンで、ある低い湿度条件においてのみ 存在する。(地表近くの大気中には存在しない)
移動度は小イオンと大イオンの中間で、一般的には0.01〜0.1 (cm2/Vs)であると言われる。

 
文・イオントレーディング店長 根本政春
(1996年 有限会社ユニバーサル企画入社)
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2.空気イオンの基礎(2)
目次 空気イオン理論
1.空気イオンの基礎(1) 2.空気イオンの基礎(2) 3.空気イオンの測定理論
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