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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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A 回答 (1件)

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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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溶液の密度。

安息香酸水溶液の密度を測ったら、直線にならないで、二次曲線みたいな形になってしまいました。こんな事ってありますか?

Aベストアンサー

 chemostry さんは(温度-密度のグラフ)は直線になるとお考えでしょうか?

 もしそうでしたら,その理由を補足いただければ,それに対する意見も集まるかと思いますが・・・。また,そうお考えでないのでしたら,出た結果を素直に信じましょう。つまり,(温度-密度のグラフ)は直線にならないのだと。

 で,実際はどうかですが,先の質問の回答にも書きましたが,温度が変わると体積が変わるため密度も変化しますが,その変化は直線的ではありません。

 まづ,簡単のため理想気体を考えます。すると,理想気体の状態方程式から PV = nRT = (w/M)RT です。これを変形すると,密度 d = (w/V) = (PM/R)(1/T) となり,密度は温度の変化に反比例します。

 同様の事が液体の場合にも言えます。液体の場合も,温度が高くなると体積は増加しますので,温度の上昇につれて密度は低下します。密度は体積と反比例の関係にあり直線関係にはありません。つまり,体積増加の元になった温度とも直線関係にない事が推察されます。

 いかがでしょうか。より厳密な説明は「物理」カテゴリーで再質問されると得られるかもしれません(物性論の問題として)。

 chemostry さんは(温度-密度のグラフ)は直線になるとお考えでしょうか?

 もしそうでしたら,その理由を補足いただければ,それに対する意見も集まるかと思いますが・・・。また,そうお考えでないのでしたら,出た結果を素直に信じましょう。つまり,(温度-密度のグラフ)は直線にならないのだと。

 で,実際はどうかですが,先の質問の回答にも書きましたが,温度が変わると体積が変わるため密度も変化しますが,その変化は直線的ではありません。

 まづ,簡単のため理想気体を考えます。す...続きを読む

Qキレート滴定について。

度々失礼します。

キレート滴定の実験で、溶液のpHを緩衝溶液で特定のpH範囲に調整しなければならないのはどうしてでしょうか?
どなたか解る方教えてください。

Aベストアンサー

理由1:金属イオンとキレートが結合する強さ(安定度定数)は、pHによって変化する。
 pHが低いほど結合は弱くなるので、できれば高pH域でやりたい。
理由2:しかし、金属イオンはpHが高くなると水酸化物の沈殿になり、キレート滴定できない。
 水酸化物が出来ないpH領域でなければならない。
理由3:キレート剤は酸であり、金属イオンと結合する際、水素イオンを放出すし、溶液のpHを変化させる可能性がある。
 このため、溶液にpH緩衝性を持たせている。

参考:少し前の質問
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=857044

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吸光度の単位

吸光度の単位は何でしょうか!?
一般的には単位はつけていないように思われるのですが。。
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

物理的には、No.1さんも書かれているように吸光度も透過度も基本的に同じ単位系の物理量どうしの「比」なので「無単位」です。しかし、無名数では他の物理量、特に透過度と区別が付かないので、透過度は"透過率"として「%」を付けて表し、"吸光度"は「Abs(アブス)」を付けて呼ぶのが業界(分析機器工業会?)のならわしです。

Qメタノールの濃度と比重

メタノールと水を混合すると体積がもとのメタノールと水の合計の体積より小さくなるとゆうことを聞きました。
濃度がわからないメタノール溶液の濃度を比重から求めたいのですが、濃度と比重の関係はどのようになっているのでしょうか?
直線的な関係ではないのですよね?
どなたかわかる方教えてください。

Aベストアンサー

 この程度のデータなら、そこらに転がっており、わざわざ測るまでもありません。 勉強なら、わざわざでも実際に測った方が良いとも言えますが、、、
 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
100 0.7917

Q比重(密度)の異なる液体を混ぜた時の比重は?

職場でちょっとしたテストがあり、その答えで困っています。

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
1150[kg/m3]×1.0[m3]+800[kg/m3]×0.4[m3]=1470[kg]
密度
密度の異なる液体を体積で混合した場合、混合液の密度は一般的には求められません。
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]
にはなりますが、質問の問題だけの条件では求められません。


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