浸透圧の実験

浸透圧の実験で素焼きの容器とガラス細管を使うのありますよね。あれに関する新研究の記述で疑問が生じたので1つ

新研究より
『上の装置では、細いガラス管を使用しているので、水が少し浸透しただけでも液面が急激に上昇する。したがって、実際にガラス管内に浸透した水の体積はごくわずかで、濃度をほとんど変化させずに、溶液の浸透圧が測定できる。』

浸透圧は純溶媒と溶液の半透膜を通じて交換される溶媒粒子の数が釣り合ったとき(平衡状態)に計測される値なので、実験で計測したい液柱の最高の高さhは平衡状態の高さになります
また、hは浸透する純溶媒粒子の数に比例、即ち溶液の濃度に比例します

ということはガラス管の細さに関係なく、入ってくる水(純溶媒)の体積は溶液の濃度に依存するから、別にガラス管が太くても変わらんくね？
と思うわけですよ
(結局、ガラス管何故細いの？ってことです)

1つっていいましたが、もう1つすみません

『濃度をほとんど変化させずに』とありますが、なぜ濃度を変化させたくないのでしょうか

もうほんとうに新研究の『したがって』が何がどう『したがって』なのか全く分からず、悩んで夜しか眠れないので、化学詳しい方この2つの質問の回答お願いします！

質問者からの補足コメント

• 

  ややこしい故純溶媒を水とします
  それと勘違いをなさっているかもしれませんので画像を添付します
  下記の質問は勘違いしておられなかったときに回答して頂きたいです
  勘違いしていらっしゃった場合は先の質問を再度回答お願いします
  
  全体を踏まえて私の浸透圧の認識が間違えていたかもしれないので再度
  溶液の濃度が高ければ高いほど、それを薄める方向に水の浸透が起こる
  →溶液の濃度が高いほど水が多く浸透し、それに伴って液柱の高さも高くなる
  
  この認識自体が間違えているのでしょうか？
  
  
  
  ＞ガラス管内に浸透した水はもともとの水溶液に含まれていたもので、その水溶液の中の水だけが移動して、溶質は移動しませんので、残された水溶液の濃度は高くなります。
  
  何故水だけがガラス管内に移動するのですか？
  また、仮に溶質が移動しなくても浸透してきた水があるので、濃度が高くなるとは限らないと思うのですが、どうでしょうか？

  
  No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2019/08/08 17:43

• 

  何度も申し訳ありません
  
  ガラス管は先端部で下部は素焼きの容器であるのは間違いありませんよね
  
  断面積1cm2で高さ10cmとするならば、断面積10cm2で高さ1cmとかになるんじゃないんですか？
  
  あともう1つ
  
  浸透圧がモル濃度に比例するのは知ってますが、何のモル濃度かっていうのが示されないことが多いです
  つまり、浸透圧は浸透後の溶液のモル濃度に比例するということですか？
  ファントホッフの場合は希薄溶液なので違ってくるということですかね

  No.3の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2019/08/08 20:38

No.3 ベストアンサー 回答者： EZWAY 回答日時： 2019/08/08 19:09

#2です。

そういう形状であれば、説明は少し違ってきます。
半透膜の内側はスクロース溶液で、外側は純水ということで。
たとえば、当初のククロース水溶液の体積を100mLとします。外から水が入ってきて、液面が10cm上がったと仮定しましょう。
そうすると、その10cm分が浸透圧に相当しますよね。
その10cmはガラス管の太さとは無関係であるとおなたは思うわけですよね？
しかし、仮にガラス管の断面積が1cm2であるとするなら、ガラス管内の体積は10cmLとなり、それは半透膜を通って入ってきた純水の体積と一致しますよね？結果的に、半透膜の内部の体積は110mLになります。ここまではわかりますよね？

で、溶けているスクロースの量は不変ですので、体積が1000mLから1010mLになれば、濃度は1000/1010倍になっているはずであり、その濃度のスクロース水溶液との平衡によって浸透圧が測定されていることになります。つまし、その時点で、約１％の誤差が生じています。

もしも、ガラス管の断面積を10cm2とし、それが10cm上昇したとするなら、内部の体積は1100mLになります。つまり、濃度は元の濃度の1000/1100倍になるはずです。であれば、その状態ではそもそも10cmも上昇するわけがありません。濃度が低下しているんだから、それよりも早い段階で平衡に達して、大雑把な計算として、10%程度下、すなわち、9cm程度しか上がらないことになります。

すなわち、ガラス管が細ければ本来の濃度での浸透圧を、大きな誤差なしで測定できますが、ガラス管が太くなるほど入ってきた純水によって水溶液が希釈されることになるので、その分が誤差になります。測定したいのは、希釈された状態での浸透圧ではなく、元の溶液（＝希釈されていない状態）の浸透圧であることをお忘れなく。

No.4 回答者： EZWAY 回答日時： 2019/08/09 00:05

＞ガラス管は先端部で下部は素焼きの容器であるのは間違いありませんよね

それは、図にそのように書いてあるので、それに合わせて説明しています。

＞断面積1cm2で高さ10cmとするならば、断面積10cm2で高さ1cmとかになるんじゃないんですか？
なりません。断面積に関わらず、高さの差は一定です。そもそも、その高さの違いによる圧力差が浸透「圧」でしょ？
圧力は、「単位面積あたり」に働く力ですよね？なので、面積は無関係です。圧力が同じで、面積が10倍なら、10倍の質量の液体が上に乗っていなければ圧力は同じにはなりません。

＞浸透圧は浸透後の溶液のモル濃度に比例するということですか？
そういうことです。そうでなければ平衡になりません。

＞ファントホッフの場合は希薄溶液なので違ってくるということですかね
何を言っているのかわかりませんが、浸透圧が濃度に比例することを前提としているので、希薄溶液云々は関係ない話だと思います。もちろん、この手の話は、希薄溶液のほうが理論値からのズレは小さくなるものですけど。

この回答へのお礼

文字式で計算すると浸透圧が等しいならば高さは等しいという結果が出ました
そして流入してくる水の体積が大きくなることも掴めました

理解力のなさに付き合って頂きほんとうにありがとうございました

お礼日時：2019/08/09 09:02

No.2 回答者： EZWAY 回答日時： 2019/08/08 11:29

＞ということはガラス管の細さに関係なく、入ってくる水(純溶媒)の体積は溶液の濃度に依存するから、別にガラス管が太くても変わらんくね？と思うわけですよ

この疑問に対する回答は自分で書いているではないですか。
つまり、（ガラス管が細ければ）「実際にガラス管内に浸透した水の体積はごくわずかで、濃度をほとんど変化させずに、溶液の浸透圧が測定できる」と言うことです。ガラス管内に浸透した水はもともとの水溶液に含まれていたもので、その水溶液の中の水だけが移動して、溶質は移動しませんので、残された水溶液の濃度は高くなります。水溶液の濃度が変化すれば、実験で観測されるのは変化後の濃度に基づいた浸透圧であり、元の水溶液の濃度を知ることはできません。
ガラス管が太ければ、移動する水の量が多くなるために、両者の差が大きくなりますので、その差ができるだけ小さくなるようにするために細いガラス管を使い、移動する水の量を少なくしているんです。

それと、「入ってくる水(純溶媒)の体積は溶液の濃度に依存する」と言う認識も誤りです。体積に依存するのではなく、水面の高さと関係するわけであり、同じ高さ（の差）でもガラス管の太さが違えば水の体積が異なるのは当たり前ですよね？

＞『濃度をほとんど変化させずに』とありますが、なぜ濃度を変化させたくないのでしょうか
上述のように、測定したいのは変化した後の濃度ではなく、初めの（変化する前の）濃度だからです。

こうした実験は、「水位が変わって面白いね」と言うような子供じみた単純なものではなく、実際の水位の差から、濃度に関する情報を得るための実験であり、そこで知りたいのは初めの濃度であり、それが変化した後の濃度ではありません。

No.1 回答者： fxq11011 回答日時： 2019/08/08 11:20

多分説明の仕方が逆なんでしょうね、

溶液同士での浸透圧を計測しようとするときは・・・・とする必要がありますね
極端に言えば、溶質の分子が一粒、のごく微量がガラス管内なら、浸透圧の差を埋め合わすだけの水が管内に移動しますね、その溶液同士の間の浸透圧、ということになりますね。
体積変化がごく微量なので、極力細く引き伸ばさないとメモリすらつけることできませんね。
ガラス管が細ければ細いほど、その状態に近いと考えられ、誤差が少なくなるだろう、と言うことでしょう。