水エタノール溶液の屈折率にピークがあるわけは？

締切済

質問者：popopopopon
質問日時：2005/04/26 19:53
回答数：1件

自分は放射線技師の専門学生なのですが、化学の実験で「エタノール水溶液の屈折率」と言うのをやったのですが、屈折率が８０％の濃度をピークにして、９０％～１００％の濃度になると屈折率が下がってしまうのですが、これはどうしてなのでしょうか？　文献値で調べても、１５℃の時０％で１.３３３　４０％で１.３５９　８０％で１.３６６　１００％で１.３６３　となっています。教えていただけると幸いです。

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No.1

回答者： paddler
回答日時：2005/05/14 23:44

亀レスですが、まだどなたからも回答が付いていないようなので、微力ながら回答させていただきます。

（完璧な回答ではなく、定性的な回答で申し訳ありません。）

「エタノール水溶液」の混合後容積が、エタノール濃度によって「元の水の容積」＋「元のエタノールの容積」より小さくなる（混合によって容積が減る）ことはご存じですよね？　そのため、実際の「エタノール水溶液」の密度は、（水の密度×容積＋エタノールの密度×容積）÷（両方の元の容積の和）で算出した値より大きくなっています（例えば下記URL参照）。

単体の屈折率は、水（1.333）よりエタノール（1.363）の方が大きいため、一見、エタノール100%のときに屈折率が最大になりそうに見えます。一方、同じ物質の場合、光の屈折率は基本的に物質の濃度（単位体積中の分子の個数）が大きいほど高くなります。
そこで実際は、混合によって容積が減る率が0%と100%の間で極小値を取る（ウェブで数値表は見つけられませんでしたが、自分でラフな計算をやったら60%vol.辺りが最小で、100%に向けて容積は大きくなります）ため、混合溶液の屈折率は（精密な関数形は分からないのですが）、濃度で単調増加する見かけ上の屈折率を容積の圧縮率で除したような振る舞いをするのではないかと思います。このため、屈折率は100%で最大にならず、その手前の80%で極大となるのだと思われます。

参考URL：http://www.hokudai.ac.jp/science/science/H13_11/ … http://www.nmij.jp/cal-ver/alcohol.pdf

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

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　例えば、
Methanol 20℃密度
wt.% g/cm3
-----------------
0 0.9982
10 0.9815
20 0.9666
30 0.9515
40 0.9345
50 0.9156
60 0.8946
70 0.8715
80 0.8469
90 0.8202
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問題）比重1150kg/ｍ3の液体1000Lと比重800kg/ｍ3の液体400Lを
　　　混ぜて出来上がったものの液体の重さは何kgですか？
　　　比重はいくつになりますか？

　答）　重さ　　　　　kg
　　　　比重　　　　　kg/ｍ3
　
というものです。
自分の答えは重さ1470kg、比重1073.8kg/ｍ3とでたのですが、
職場の人は比重1050kg/ｍ3だということです。
そこで、皆さんの回答をお願いします。
あと、この問題もいまいち自分では納得していないのですが、
どうなんでしょうか。その辺もよろしくお願いします。

Aベストアンサー

比重
この場合、正しくは密度。
重さ
この場合、正しくは質量。
1000[L]=1.0[m3]
400[L]=0.4[m3]
質量
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密度
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一般には、
1000[L]+400[L]≠1400[L]
だからです。＝になるとは限りません。
液体の種類によって、混合する前の体積より多くなったり少なくなったり等しかったりします。
体積ですから、質量保存則ではありません。
体積が変わらないものとすれば、
1470[kg]/1.4[m3]=1050[kg/m3]
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