ゼータ電位・とは？初心者でも分かる基本と身近な用途の解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

ゼータ電位とは？

ゼータ電位とは、液体中の微粒子の周りに生まれる「滑らかな境界面の電位」のことです。正確には、粒子表面と液体の間にできる電荷の層と、そこから外へ広がる拡張された層の境界で現れる電位のことを指します。

私たちが日常で物を混ぜると粒子はくっついたり離れたりしますが、ゼータ電位が大きいほど粒子同士の反発力が強くなり、分散したまま安定します。逆にゼータ電位が小さいと粒子が集まりやすく、沈殿したり凝集したりすることがあります。

この値は正の符号か負の符号を取り、粒子の表面にある電荷の性質を反映します。例えば多くの無機粒子や有機コーティングの例では負のゼータ電位になることが多く、これは表面の酸性基が原因となる場合が多いです。

どういう場面で使われるのか

食品や化粧品、医薬品のような懸濁液では、分散安定性を確保するためにゼータ電位を測定します。安定しているほど粒子が沈降せず、塊になりにくく、製品の品質が長く保たれます。

どうやって測るのか

ゼータ電位は粒子の移動の速さから推定します。実際には電気泳動測定という方法で粒子を電場により動かし、動きやすさを測ります。結果を使って電位の大きさと符号を決定します。

式風に言うと、ゼータ電位 ζ は粘度 η、真空の比誘電率 ε0、液体の誘電率 ε、粒子の移動速度に依存します。正しくは近似式が使われる場面が多く、測定条件やモデルにより値が変わることがあります。

要因と影響

ゼータ電位は下記の要因で変わります。pH の変化は粒子表面の電荷を変え、イオン強度 は二重層の厚さを変えます。温度も粘度やイオンの振る舞いに影響します。これらの変化を理解すると、分散状態を意図的に安定させることができます。

<th>要因

影響
pH	表面基の電荷の変化により ζ の符号・大きさが変わる
イオン強度	二重層の厚さが変わり ζ の絶対値が小さくなることが多い
材料の表面性質	表面にある官能基の種類で初期の電荷が決まる

実務の現場では、目的の安定性に応じて ζ の値を設計します。例えば塗料や化粧品では負の ζ を用いて粒子同士の排斥を促すことが多いです。

身近な例で考える

例えば水に小さな粒子を混ぜ、粒子表面が酸性基で覆われていると仮定します。その場合 pH を変えると表面の電荷が変わり、粒子は水中で反発して安定します。これがゼータ電位の力の働きです。

実験での体験としては、日常の実験キットでも電位のイメージはつかみやすいです。液体の中の粒子が電場を受けて動く様子を観察するだけでも、安定性の考え方を理解できます。

まとめ

ゼータ電位は粒子が液体中でどう振る舞うかを決める重要な指標です。測定方法は電気泳動を使い、得られた ζ の符号と大きさから分散安定性を判断します。pH やイオン強度をうまく調整することで、製品の安定性を高め、品質を長く保つことができます。

ゼータ電位の同意語

ゼータ電位: コロイド粒子の周囲にある滑り平面で測定される電位で、粒子の帯電状態と分散安定性を示す指標です。値の絶対値が大きいほど、粒子同士の反発が強く安定な分散になりやすくなります。
ゼータポテンシャル: 同じ概念の別表記。コロイド分散系で粒子の帯電状態と分散安定性を表す指標で、滑り平面の電位を指します。
ζ電位: ζ（ゼータ）電位の表記。コロイド粒子の滑り平面の電位を表し、分散の安定性を判断する指標です。
ζポテンシャル: ζ電位と同じ概念の表記。滑り平面の電位として、分散の安定性を評価する指標です。
ζ-ポテンシャル: ζ電位の別表記。コロイドの滑り平面における電位を示し、安定性の目安になります。
滑り平面電位: コロイド粒子の滑り平面における電位を指します。分散の安定性を理解する際の核心的な指標です。
スリッピング平面電位: 滑り平面電位と同義で、コロイドの分散安定性を説明する際に使われる表現です。

ゼータ電位の対義語・反対語

ゼータ電位ゼロ: ゼータ電位がほぼ0Vの状態。帯電による静電反発がほとんどなく、粒子同士がくっつきやすく凝集が進みやすい性質を指します。対義語としてはゼータ電位が高い状態が挙げられます。
低ゼータ電位: ゼータ電位の絶対値が小さい状態。静電反発力が弱く、粒子が凝集・沈降しやすい。対義語は高ゼータ電位です。
高ゼータ電位: ゼータ電位の絶対値が大きい状態。静電反発が強く、粒子の分散安定性が高い。低ゼータ電位の対義語として使われます。
反対符号のゼータ電位: ゼータ電位の符号が反対になる状態。例えば普段は正のゼータ電位が、反対に負の符号になることを指します。静電性の向きが逆転するイメージです。
負のゼータ電位: ゼータ電位の符号が負になる状態。正のゼータ電位と反対の帯電性を示し、粒子間の静電反発の向きが変わるイメージです。
中性表面電位: 粒子表面の電荷が中性に近い状態。静電反発が弱く、安定性が低下しやすい状況の対義語として考えられます。
無帯電: 粒子表面に電荷がほとんどない状態。ゼータ電位がほぼ0に近く、凝集が起こりやすい状態のことを指します。高いゼータ電位が対義語としてよく使われます。
凝集促進状態: 静電反発が弱く、粒子が互いに引き寄せられて凝集しやすい状態。ゼータ電位が低い・ゼロに近い場合に現れやすい対義的な性質です。

ゼータ電位の共起語

表面電荷: 粒子表面に蓄えられた電荷のこと。ゼータ電位はこの表面電荷が作る電気二重層の挙動と深く関係しています。
電気二重層: 粒子表面と周囲の溶媒中のイオンで形成される、正反対の電荷層の組み合わせ。ゼータ電位はこの二重層の偏りを反映した指標です。
デバイ長: 溶液中の自由イオンが電場を遮蔽して電位が有効に伝わる半径。塩濃度が高いと短くなり、ゼータ電位の見え方が変わります。
DLVO理論: Derjaguin–Landau–Verwey–Overbeek理論。静電反発と分子間引力の総和でコロイド粒子の安定性を説明します。
イオン強度: 溶液中の総イオン濃度のこと。イオン強度が変わるとデバイ長やゼータ電位の測定値に影響します。
pH: 酸性・アルカリ性を示す指標。pHの変化は粒子表面の電荷状態とゼータ電位に大きく影響します。
等電点: ゼータ電位が0になるpHの点。粒子の帯電状態が中和される点として重要です。
電気泳動: 電場の作用で粒子が移動する現象。ゼータ電位は電動泳動の速さ（電泳移動度）を決める主要因です。
電気泳動移動度: 粒子が電場中を動く速度の指標。ゼータ電位と密接に関連して、測定の基本データになります。
ゼータ電位測定法: マイクロ電泳法やレーザードップラー法などを用いてゼータ電位を求める測定手法の総称。
マイクロ電泳: 微小粒子の電泳を観察・測定する代表的手法。ゼータ電位を求める際に用いられます。
レーザードップラー法: レーザー光を当て、粒子の移動速度をドップラシフトから算出する測定法。ゼータ電位算出に使われます。
測定装置/ゼータ電位アナライザ: ゼータ電位を測定する専用装置。装置ごとに名称は異なりますが一般的にはゼータ電位アナライザと呼ばれます。
表面電荷密度: 単位面積あたりの電荷量。ゼータ電位はこの表面電荷と周囲の電気二重層の挙動を間接的に反映します。
粒子安定性: ゼータ電位の大きさ（符号を含む絶対値）が大きいほど静電反発が強く、粒子の凝集を抑制します。
静電反発: 同符号の帯電粒子同士が斥力を及ぼす現象。ゼータ電位が高いと静電反発が強く働きます。
塩濃度の影響: 溶液中の塩の量が増えるとデバイ長が短くなり、ゼータ電位の観察値や分散安定性が変化します。
分散媒/溶媒: 粒子が分散している液体。極性・非極性などの性質により測定条件や解釈が変わります。
温度依存性: 温度が変わると粘度やイオン動力学が変化し、ゼータ電位の測定結果にも影響します。
表面修飾/表面改質: 粒子表面を化学的に修飾すると帯電状態や分散性が変化します。
分散安定化/コロイド安定化: ゼータ電位を活用して分散を安定化させる考え方。大きな絶対値ほど安定性が高いとされます。
電荷中和: 塩の添加などで表面の電荷を部分的に中和すること。ゼータ電位が0に近づく点を作ることがあります。

ゼータ電位の関連用語

ゼータ電位: 粒子表面の電気二重層の滑り面における電位。溶媒中のコロイドの安定性を示す重要な指標で、正負の符号と大きさが安定性の目安になります。
電気二重層: 粒子表面を取り囲む、固体表面の電荷と周囲の溶液イオンによって形成される層状の電荷分布。内層と拡散層から成り、ゼータ電位は拡散層の端付近の電位として定義されることが多いです。
スリッピングプレーン: 流体が粒子と相対的に滑るときの仮想的な境界面。ゼータ電位はこの面の電位として扱われます。
Stern層: 固体表面に近接して固定的に結合しているイオン層。電気二重層の一部で、粘着的な層と見なされます。
デバイ長: 溶液中の電場が電位を減衰する特性長さ。イオン強度が大きいほど短くなります。
ヘルムホルツ-スモルツコフ方程式: ζと電動移動度を結ぶ基本式。 μ = (εζ/η) で近似され、溶媒の誘電率 ε、粘度 η が影響します（適用範囲は条件により異なる）。
電動移動度: 電場が印加されたとき粒子が動く速度の指標。ζと媒質の粘度から導かれる関係で測定されます。
エレクトロフォレティック・ライト散乱法（ELS）: ゼータ電位を測定する代表的な光散乱法。粒子の移動速度からζを推定します。
等電点: 溶液のpHやイオン強度の条件下で粒子の表面電荷が中性になる点。ζが0に近づくことが多いです。
DLVO理論: 静電斥力と van der Waals 力の総和でコロイド粒子の安定性を説明する理論。ζは静電斥力の指標として重要です。
コロイド安定性: 粒子が沈降・凝集せずに分散した状態を保つ性質。ζの絶対値が大きいほど分散安定性が高いとされます。
イオン強度: 溶液中の総イオン濃度。デバイ長やζの振る舞いに影響を与え、強度が高いほど電気二重層が圧縮され ζの大きさが低下することが多いです。
pH: 水溶液中の酸・塩基度を示す指標。表面の解離・付着状態を変え、ζに影響します。
静電斥力: 同符号の表面電荷を持つ粒子間に働く反発力。ζの絶対値が大きいと強く働き、安定性を高めます。
ヴァンデルヴァールス力: 粒子間の非結合引力。静電斥力と組み合わせて粒子間の総力を決定し、安定性に寄与します。
表面電荷密度: 粒子表面に帯びる電荷の面密度。高い表面電荷密度はζの大きさを生み、安定性へ影響します。