密度と濃度

密度［g/cm³］から濃度を求める方法を教えてください。

質問者からの補足コメント

• しかし、密度から濃度を求めろと言われています。

  No.1の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2020/07/24 22:27

• 問題ではなく、実験なんです。
  
  消毒用エタノールの密度を求めて濃度を推計するというものです。
  どうすれば濃度が出るのかなと思いまして。

  No.3の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2020/07/24 23:57

No.4 ベストアンサー 回答者： むらさめ 回答日時： 2020/07/25 00:29

エイやの方法になりますが、

ネット上にエタノールのSDS(安全データシート)が幾つかあります。
できれば実験に使った消毒用エタノールのSDSを見つける、おそらく、20℃前後での濃度と密度くらいのデータは出ていると思います。
また使用したエタノールのポリ容器に密度や濃度の数値が書いている可能性もあります。
20℃での水の密度もネット上でどこかから数字を拾ってくる。

そこから
水(エタノール　0wt%)　密度　約1.0g/cm^3　　←　これはテキトーな値なので念のため、調べること
エタノール　99.5　wt%　　密度　約0.79g/cm^3　　←　この値は関東化学㈱の安全データシートからの引用、自分で調べてみるのが推奨。

2点しかデータが無いが、その間の点のデータがあればなお良い、それでも横軸をwt%縦軸を密度にして直線が引ける。
密度と濃度の関係のグラフが出来る。
これを使い、密度を測定して、その密度が縦軸だからそこから濃度の推測が一応可能だと思います。

実験温度や気圧でも変化するので本当は補正が必要、しかし、簡単にはそれらは無視する。

No.3 回答者： むらさめ 回答日時： 2020/07/24 23:24

気になってあれから考えてみたのですが、

物質A(溶質)と物質B(溶媒)があり、それぞれの混合して全体(A+B)が100gという場合、例えば
Aの質量　a(g)　Aの体積av(dL)　dLはデシリットル(単に水100mL=100gと判りやすいかなと思っただけです)　
Bの質量　b(g)　Bの体積bv(dL)　となるとします。

溶液の質量は全体でa+b(g)となり、これを簡単の為に=100gとします　a+b=100g　ですね
この場合は、その質量パーセントは　a(wt%)となります。その時の密度は、溶質と溶媒の化学的な特性により変化して、
av(dL)+vb(dL)=100gと、質量については計算することは出来ますが、体積は　av+bv≠100dL　というような単純な足し算では求めることが出来ないのです。

体積が判らない以上、密度は求めることができないし、密度が分かっても質量%濃度は求めることが出来ないのです。
固体と液体の場合だと、混ぜた場合、体積が　1+1≠2　と変わってくるので本当に一筋縄ではいかないです。
何か、こういう風に考えろ、という条件を示す一文が問題に書かれているはずです。
足し合わせた時の容積変化を無視してエイやで計算しろとかです。

ただ。事前に密度と体積や濃度の数表を作ってある場合は、密度から濃度を求めることができると思います。

時折、脱税事件としてニュースになるのですが、
大型車両の燃料として軽油を使っていますが、それに税率の少ない灯油を混ぜて脱税というか燃料費を浮かす運送業者の摘発があります。
この時は車両から直接採取した燃料の密度を測定して、灯油を使用していないか確かめます、混ざっている物が決まっているのでそういうデータシート(数表)を国税当局が持っているようです。
実は運送業者ではなくて、車両燃料の販売元が黒幕で国税当局に告発されたということはあります。


気体の場合、密度で濃度が判る可能性があります、例えば窒素と酸素を混ぜた場合、単位体積あたりの密度が求まれば、
PV=nRTの気体の状態方程式を使い、体積と圧力･温度さえ分かれば物質量nが求まり、そこから酸素と窒素の混合比率が計算できます。

No.2 回答者： miyuuu111 回答日時： 2020/07/24 15:36

濃度といいますと…モル濃度(mol/L)ですかね？

それでしたら
まず㎤＝mlなので、溶液が1L(1000ml)あると仮定して密度に1000mlを掛けます。

g/㎤　× 1000ml(1L) ＝　g/L

になります。

次に、gからmolに直す作業が必要です。問題文に分子量M(O＝16とかの合計)が与えられてるはずなので、それを使えばg/M＝molとなるのでgをmolに変換できますね。
そんで、g/Lがmol/Lになったので完成。

No.1 回答者： むらさめ 回答日時： 2020/07/24 15:21

無いです。

濃度=溶質の質量/溶液の質量　(固体や液体の場合でも同じ)　です。
密度=単位容積当たりのある物質の質量　です。

液体や固体の場合は、もし同じ体積の物質が混ざり合っても、体積は単純に2倍にならないです。
物質が液体や固体で混じり合う現象は、その物質同士で機構が異なる事が多く、単純に説明できるものではないです。

それゆえ密度から濃度を求めることは出来ないです。