四塩化炭素の分子量の測定

タイトルはこの間、学校の授業でやった実験の名前です。

実験方法は釘で小さな穴を開けたアルミホイルをかぶせたフラスコに四塩化炭素を入れて水の入ったビーカーにつけてそのビーカーを熱して四塩化炭素が全部気化するまで熱し続けて、水で冷やして液化させて気体の状態方程式やボイルシャルルの法則を使って四塩化炭素の分子量を求める実験です。

それのレポートが夏休みの宿題として出されたのですが、考察に「分子式から求めた分子量と一致していない場合は原因を考えよ」とあって、確かに分子式から求めた分子量は154[g/mol]で、気体の状態方程式を使って求めた分子量は147.8[g/mol]、ボイルシャルルの法則を使って求めた分子量は112.90[g/mol]で分子式から求めた分子量とは誤差が生じてました。

そこで質問です！なぜ誤差が生じるのですか？このままじゃ宿題が出来ません…。どうか助けてください…。

No.1 ベストアンサー 回答者： ume_pyon 回答日時： 2001/07/21 20:50

高校生でしょうか。

懐かしい実験です。
しかし、ayappeさんがどのように実験、計算したのかわからないので、
「これが誤差だ！」とは一概に言いきれません。そこで、アドバイスを。
誤差の取り扱いは、レポートのベースラインですので、この際
「どうやって誤差を考察するのか」ってことを知っておくと、
今後のレポートが楽になりますよ！

まず、どのような測定値（圧力、温度など）を使用して計算したのか、
そこから考えるとよいでしょう。
例えば、「測定した温度が27.3℃だった」としましょう。これは
どこまでが信頼できる値か覚えていますか？27.2℃かもしれないし、
はたまた1℃読み間違えていて26℃かもしれないし。と考えると、
温度が変わると分子量はどれだけ変わるのか、面倒ですが求められます。
このようにして、測定した値全てについて、それぞれがどれほどの
誤差を持っていて、それが分子量にどう影響するのかを考えてみましょう。
ちなみに、もし微分積分学をご存知でしたら（知らなくてもいいのですが）、
誤差の伝播法則という演算により、分子量の誤差を計算で求められます。

その次に、実験の条件を考えてみましょう。例えば、最初に質量を測定したと
思いますが、そこには当然空気が入っています。つまり、「重さを測定した」
といっても、その重さは「四塩化炭素＋空気」となっているのです。
この時点で、質量に誤差が含まれていますよね。

とまあ、実験操作を思い出しながら、どの操作で測定値がずれうるか、
そういったことを考えると、糸口がつかめるものと思われます。
誤差の取り扱いは面倒で、最初は躓きやすいものです。けど、
解析のコツがあるので、慣れてしまえば楽ですよ。
誤差には正解がありません。逆にいうと、自分が考えたものであれば、
間違えもないのです。それでは、がんばってください！

No.2 回答者： ushi-ushi 回答日時： 2001/07/22 11:47

今回の実験の誤差が何によって生じたかは、下の方が言われている通り、その場に居合わせたわけではないので、「これです」とは言えません。

誤差とは、どんなに熟練した実験者でも多かれ少なかれ生じるものです。ただ、その誤差にも大きく分けていくつかの種類があります。
１）系統誤差　これは下の方が言われているような、測定温度の不正確性、だとか、試薬の秤量の不正確性、だとか試薬の純度の問題、だとか、原理的な原因がはっきりしているもののことです。
２）偶然誤差　作業能力の限界、例えば、電気回路のノイズとか、自動車の通過などによる振動とか、今回考えられるのは、気流による四塩炭の拡散とか・・・制御しきれないファクターのことです。
１）と２）の違いをしっかり抑えて考察してみてください。気体の状態方程式やボイルシャルルの法則を用いるときの容積や圧力は本当に問題ないですか？ビーカーの容積はしっかり量り直してみましたか・・・？その日は低気圧が通っていたとかそんなことはないですか・・・？試薬の純度は・・・？ひとつひとつ思いつく限りのことを考えてみて、上記のようなことを参考にしてみてください。