親子におすすめの新型プラネタリウムとは?

エタノールの濃度[wt %]と屈折率の関係を屈折曲線で表した際、100wt %で屈折率が下がる理由を教えてください。

A 回答 (1件)

この質問では回答は付きませんね。



多分、ご質問は
「水とエタノール混合液の屈折率を、エタノールの濃度[wt %]と屈折率の
関係として屈折曲線で表した際、エタノール濃度100wt %で屈折率が下がる
理由を教えてください。」
ではないでしょうか。

水の屈折率は1.333で、エタノールの屈折率が1.363ですから、エタノール
濃度が高いほど屈折率は高くなるはずなのに、な~んでか?でしょうか。

下の説明を参考にしてください。
https://oshiete.goo.ne.jp/qa/1353671.html
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Qアルコールの屈折率(とても困ってます!!)

大学の工学部で化学を勉強している一回生です。

分からないことがあるので質問させていただきます。

アルコールと屈折率の関係についてなんですが、アルコールの濃度を上げていくとき屈折率はどうなるか?って問題です。
0%は純水で、どんどんアルコールの濃度を100%まで上げていくわけです。

結果はエタノール、メタノールともに重量パーセントでいうと60~80%に最高点を記録し、100%(純アルコール)になると小さくなってしまうんです。
なので、縦軸に屈折率、横軸に重量%をとりグラフを書くと山形になるんです。

KCl水溶液で同じ実験をしたら直線になるんですが、アルコールではそうなりません。
おそらく水和の現象がからんでいると思うのですが、くわしく細かいことまで分からないんです。。
あと、密度も関係しているのかな…とも思うのですがどうでしょう?

長文の回答でいいので、教えてもらえませんか??

Aベストアンサー

塩化カリウムもアルコールも、水に溶解する以上はどちらも水和していますが、
それぞれの溶け方(混ざり方)の違いが、濃度に対する屈折率の変化の仕方の
違いとなって現れているものと思います。

・KCl/H2O:
 水分子間の空隙にカリウムイオン(K^+)と塩化物イオン(Cl^-)が入り込むような
 形で溶解
 →隙間が順次埋められていく形になるので、密度・屈折率とも直線的に上昇
   (但し、水分子が支えられるイオンの量に限界があるため、濃度に上限あり)

・MeOH/H2O,EtOH/H2O
 水が多い時は主にアルキル基が水分子の空隙に落ち込むような形で、
 逆の時は主にアルコール分子の空隙に水分子が入り込む形で、
 それぞれ溶解
→お互いの隙間を最も埋めあうような比率のとき、密度・屈折率とも極大値をとる
  (任意の割合で混ざり得るため、密度が極大になる比率を実際にとり得る)


なお、屈折率と密度は、一方が他方の原因になっているというよりは、上記の
ような「空間に対する詰まり方の違い」という同じ原因によって生じる現象です。
(「多くの原子・分子が詰まる」→「屈折率・密度が上昇」、と)


原子・分子が詰まると屈折率が上がることについては、「原子屈折・分子屈折」
という言葉について調べてみるとよいかと思います。
・・・って、近いうちに講義があるか、あったかもしれませんが(汗)

以下、参考として:
http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/masa/q04-11.htm#S012

塩化カリウムもアルコールも、水に溶解する以上はどちらも水和していますが、
それぞれの溶け方(混ざり方)の違いが、濃度に対する屈折率の変化の仕方の
違いとなって現れているものと思います。

・KCl/H2O:
 水分子間の空隙にカリウムイオン(K^+)と塩化物イオン(Cl^-)が入り込むような
 形で溶解
 →隙間が順次埋められていく形になるので、密度・屈折率とも直線的に上昇
   (但し、水分子が支えられるイオンの量に限界があるため、濃度に上限あり)

・MeOH/H2O,EtOH/H2O
 水が多い時は主にア...続きを読む

Q濃度による屈折率の違い

僕は今、学校の研究でショ糖溶液の濃度による屈折率の違いについて研究しています。溶液の濃度が高くなれば屈折率が大きくなるということは分かったのですが、なぜそのような現象が起こるのかが分かりません。自分で調べてみても良く分からなかったので、知っている人がいれば回答お願いします。

Aベストアンサー

屈折率がなぜ起こるかというと、電磁波により、物質中の電子が揺り動かされ、揺り動かされた電子が、新しい電子波を輻射し、元の電磁波と新しい電磁波の合成によって、あたかも位相速度が遅れたり、境界で屈折したりするように、見えるためです。
溶液の濃度が高くなると、揺り動かされる電子の数が変わるので、屈折率に影響を与えます。
上は非常に平たく説明していますが、屈折率の本質的な説明については、ファインマン物理学(岩波書店)2巻第6章、ショ糖溶液の屈折率の定量的説明については4巻11章に詳しく載っているので、読んでみることをお勧めします。

Qメタノール

水の密度は約1。メタノールの密度は約0,8。なのに混ぜても比例関係にならないのはどうしてですか?
 他にも屈折率や粘性率は、水にメタノールを加えると高くなる。(だいたい40~50%ぐらいが一番高いです。)何故でしょう??教えてください!
 
 一応メタノールの -OH が水と関係してるとこまではなんとなく分かったんですけど・・・・おねがいします!

Aベストアンサー

 学生実験で行いました。以下のURLのようにピクノメーターを使用しました。
さて、hajime40さんの回答で十分だとは思いますが念のため。
水は極性分子なので、水素結合によりその体積を最小にしようというように分子同士が引き合っています。逆に熱運動により離れようとしています。これが、0℃~100℃までの液体の水の状態で、分子お互いの位置が自由に移動できて、体積が限られているものです。水に溶けるとは「水和する」ことです。物質のイオンや極性の部分が水の極性分子との静電気的な力で引き合い、水分子内に入り込む状態です。メタノールは水よりも大きな分子ですが、CH3-OHのメチル基(CH3-)部位は極性がありません。ヒドロキシル基(OH-)部分に極性があり、ここが親水基となります。酸素原子は電気陰性度が高く電子を吸引するので部分的にマイナスとなっています。水素部分は逆にプラスとなっています。アルコールのヒドロキシル基の部分に水素結合で水分子が集まっている状態です。疎水基のメチル基の部分はアルコールの疎水基のみと分子間力で集合します。かなり、まばらな状態にあるアルコール分子(疎水基の影響で)の中に水分子が入り込む状態がおわかりでしょうか。

参考URL:http://chem.sci.utsunomiya-u.ac.jp/v1n1/yoshimura/DT-5/Abstruct.html

 学生実験で行いました。以下のURLのようにピクノメーターを使用しました。
さて、hajime40さんの回答で十分だとは思いますが念のため。
水は極性分子なので、水素結合によりその体積を最小にしようというように分子同士が引き合っています。逆に熱運動により離れようとしています。これが、0℃~100℃までの液体の水の状態で、分子お互いの位置が自由に移動できて、体積が限られているものです。水に溶けるとは「水和する」ことです。物質のイオンや極性の部分が水の極性分子との静電気的な力で引き合い...続きを読む

Qエタノールと水の混合液の粘度測定を行いました。エタノール重量濃度が40から50%で極大値を得る理由教

エタノールと水の混合液の粘度測定を行いました。エタノール重量濃度が40から50%で極大値を得る理由教えてください!

Aベストアンサー

https://oshiete.goo.ne.jp/qa/180964.html
>水は極性分子なので、水素結合によりその体積を最小にしようというように分子同士が引き合っています。逆に熱運動により離れようとしています。これが、0℃~100℃までの液体の水の状態で、分子お互いの位置が自由に移動できて、体積が限られているものです。水に溶けるとは「水和する」ことです。物質のイオンや極性の部分が水の極性分子との静電気的な力で引き合い、水分子内に入り込む状態です。

イメージから書くと、水とアルコールの分子の形状、性質、大きさが違う立体の状態が関係します。実際には違う形ですが、球と三角錐などの集まりを混ぜる、隙間に入り込みますので、適当なところまでは合計の体積が減ったように見えます。その最大の割合、一番比重も上がるし、屈折率も変わる、粘性率も高くなる、移動がしにくくなる感じに近いかも知れません。

極性や分子の形の変形なども温度や濃度により変化しますので、液状のものの混ぜ合わせは興味深いものです。

砂と砂利を混ぜる関係、砂利の隙間に砂が均等に入り込むと、見た目の体積も変わる、一番隙間の少ないところが体積が減るし、比重が高くなる、移動がしにくくなるので、粘性が高くなるのもイメージしやすいかも知れません。実際には、温度も吸熱や発熱反応で変わるし、いろいろな条件を変えて実験されているし、実習で利用されるのがこの手の課題になります。

https://oshiete.goo.ne.jp/qa/180964.html
>水は極性分子なので、水素結合によりその体積を最小にしようというように分子同士が引き合っています。逆に熱運動により離れようとしています。これが、0℃~100℃までの液体の水の状態で、分子お互いの位置が自由に移動できて、体積が限られているものです。水に溶けるとは「水和する」ことです。物質のイオンや極性の部分が水の極性分子との静電気的な力で引き合い、水分子内に入り込む状態です。

イメージから書くと、水とアルコールの分子の形状、性質、大きさ...続きを読む

Qアルコールの密度、屈折率について

実験で、メタノール水溶液、エタノール水溶液のピクノメータでの密度の測定、及びアタゴlr屈折計での屈折率の測定を行いました。
このとき、
(1)エタノール水溶液とメタノール水溶液で密度が異なるのは何故か。
(2)エタノール水溶液とメタノール水溶液で屈折率が異なるのは何故か。
(3)メタノール水溶液が濃度0wt%(純水)、20wt%、40wt%、50wt%、60wt%、80wt%、99.9wt%のときのそれぞれの屈折率を測定し、縦軸に屈折率、横軸に濃度をとってグラフを書いたら、上に凸のグラフになりました。何故か。
このようなことを実験の考察で書きたいのですが、、文献がなかなか見つかりません。インターネットでどんな文献を調べるといいか、分かる方いらっしゃいましたら教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

屈折率、密度が共に上にずれたというのは整合性があります。
空気中での光の屈折率は密度によって変わりますね。陽炎で見ることの出来るものです。これがヒントになるのではないですか。液体の混合物ですから別に考察が必要だと思いますが。

Q水とメタノールの混合溶液の屈折率

学校の実験で、水とメタノールの混合溶液の屈折率についてやり、メタノールの濃度と屈折率の関係のグラフを書いたときに大体50wt%あたりで最高になりました。
これの理由を調べているんですが、ハッキリと書いてある本が見当たらなくどうしたもんかと悩んでいます。
クラスタがとうとか…
ヒントでもいいんで教えてください、お願いします。

Aベストアンサー

実験ということですので、ヒントだけ。

これは、部分モル体積を理解するための実験ではないでしょうか? そして、屈折率に関するローレンツ・ローレンスの式を使って、何か議論できませんか? 例えば、体積の加成性について、とか…。

ところで、使ったのは本当にメタノールですか? エタノールではないですか? 物理化学の本には、よくエタノールでの実験結果が載っております。

Q屈折率と濃度の関係について

ある溶液に光をあてた場合を考えています。
光速は√(1/εμ)ですから、(μは一定と考えて)
屈折の法則より、屈折率は誘電率εの1/2乗に比例しますよね?
ここで、誘電率と濃度の間の関係式は何かあるのでしょうか?
屈折率が濃度の何乗に比例するのかを知りたいのですが、この
誘電率と濃度の間の関係式がわかりません。

恐縮ですが、参考文献等もあれば、おねがいします。

Aベストアンサー

光を吸収する原子間の相互作用などがなく、独立した双極子モーメントと考えられ、更に分極の量が十分小さい原子密度分布では、屈折率は濃度に比例します。
関係式を求めるには双極子モーメントによる振動方程式を立てれば求まります。

今、複素屈折率を N=n+iκ とすると、

n = 1 + N*e^2/(2*m*ε0)*(振動数の関数:面倒なので省略)

という式が得られます。N:単位体積当たりの吸収に有効な原子数、e:電荷、m:質量、ε0:真空誘電率

n - 1 という量を見ると、Nに比例していることはわかりますね。

単純な場合を考えると、Nという数字は単位体積当たりの原子数に比例している数値と考えてかまいません。

参考書としては、大抵の光学の本(Maxwell方程式、物質による屈折、吸収について触れている本)には載っていると思います。
今私の手元にあるのは、

共立物理学講座11 光物理学 共立出版
レーザ物理入門 霜田光一著 岩波書店
光学の原理 M・ボルン、E・フォルフ

どれでも載っていました。

Q水とメタノールの混合溶液では

水とメタノールの混合溶液について、屈折率、粘性率をしらべたところ、
メタノールの40~50wt%で値が最大となり、純水、純メタノール溶液
では、それに比べて、小さくなるのはなぜなのでしょうか?
分子論的な観点とマクロな観点からの考察をしていただきたいです。
よろしくおねがいします。

Aベストアンサー

全く同じ質問がなされています(下記のURLを参照)。

物理化学の成書で「部分モル量」をキーワードで調べれば,より詳しく書いてあると思います。

屈折率とは,光の伝搬速度が媒質内でどれだけ低下するかという割合を示す値なので,同じ物質で比較すると密度の高いときほど高屈折率になります。

参考URL:http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=180964

Q部分モル体積とは?

初めまして、bababanbanと申します。
物理化学を勉強していると、部分モル量や部分モル体積といった言葉をよく目にします。

部分モル体積とは何なのでしょう?
どういうものなのかいまいちイメージができないため、質問させていただきました。

宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

2成分A,Bからなる溶液を考えます。この溶液に成分Aを1モル加えたときの溶液の体積変化をAの部分モル体積といいます。ただし溶液はAを1モル加えても濃度の変化がないくらい多量にあるとします。これを用いると溶液にAをdnAモル、BをdnBモル加えた際の体積変化は以下のようになります。VAはAの部分モル体積です。
dV=VAdnA+VBdnB

Q物質の屈折率と密度の関係

物質の屈折率が密度に比例するのは
どのように説明することができますか?
ファインマン物理学を読んでいるのですが
どうもイメージが沸きません。
どなたか教えてください。

Aベストアンサー

音波の場合は、空気中よりも、固体などの硬い物質を進むときの方が速く
なります。音波の速さ 金属などの物体>水>空気 というようになりま
す。しかも音波が伝わるには媒質が必要です。光の場合は、真空中も伝わ
るように媒質は必要としません。同じ波なのにも関わらず、真空が一番早
く、物体中の速度が遅くなります。このことを理解するためには、光が電
磁波であるということに注目して、電磁波について知識を深める必要があ
ります。
プリズム分光をした場合に、赤い光よりも、紫の光の方が大きく屈折しま
す。紫の光の方が振動数が大きいからです。この質問を正しく理解するに
は分極とか誘電率とかの知識が必要になってきますが、イメージ的には、
sanapayatさんが言われているような感じでも良いでしょう。
X線のように振動数が極めて大きい電磁波の場合には、電子が振動におい
ついていけずに、分極が起きません。屈折率は 1に近くなります(1より
やや小さい)。

理化学辞典を調べましたら、「波」、「波の速度」という項目のところに
多少詳しく説明されています(少し難しい説明でした)。
紹介した参考資料の中では、理化学辞典以外の参考資料には、直接的な説
明はありません。物理のABCでは屈折に関する、粒子説と波動説での説
明が解説されています。光と色の100不思議の方は、全般的な話ですか
ら、あまり詳しい解説はありませんが、紹介したURL(この本の読者サポ
ートページ)には、広く光と色の参考資料やURLなどが紹介されています。

音波の場合は、空気中よりも、固体などの硬い物質を進むときの方が速く
なります。音波の速さ 金属などの物体>水>空気 というようになりま
す。しかも音波が伝わるには媒質が必要です。光の場合は、真空中も伝わ
るように媒質は必要としません。同じ波なのにも関わらず、真空が一番早
く、物体中の速度が遅くなります。このことを理解するためには、光が電
磁波であるということに注目して、電磁波について知識を深める必要があ
ります。
プリズム分光をした場合に、赤い光よりも、紫の光の方が大きく...続きを読む


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