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ベンゼンと水を激しく混和し、静置したときにおこる現象について、水とベンゼンの分子量の問題を含めて説明せよ。今、この問題のことを考えています。ベンゼンは無極性なので、水には溶けず、ベンゼンと水の2層にわかれると思います。その際、ベンゼンのほうが分子量が大きいので、2層の下に、水は2層の上になると思うのですが、どうでしょうか?

A 回答 (6件)

 水素と二酸化炭素では、二酸化炭素の方が比重が重くなっています。


 これは、分子量で説明できます。


また、液体でも、直鎖炭化水素では、
ペンタン(分子量72.15)…比重 0.63
ヘキサン(分子量86.18)… 比重 0.66
ヘプタン(分子量100.21)…比重 0.68
オクタン(分子量114.23)…比重 0.70

というように、ほぼ、分子量が大きくなると比重が大きくなっています。

 同様に当てはめようとすると、ベンゼンと水では、一見、ベンゼンの方が比重が重そうです。
 しかし、実際のところ、水の方が比重が大きくなっています。

 なぜでしょう。

 水の分子には、極性があり、水素-酸素間で水素結合をする反面、水素同士あるいは、酸素同士で反発し合し、結果として体積が大きくなっていますためです。
 同じように極性のあるアルコール類も、
メタノール(分子量32.04)比重 0.79
エタノール(分子量46.07)比重 0.79
と、直鎖炭化水素に比べて、分子量が小さいのに、比重は 逆に大きくなっています。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。非常に助かりました。

お礼日時:2006/08/03 19:07

そもそも、「ベンゼンと水を激しく混和し、静置したときにおこる現象について、水とベンゼンの分子量の問題を含めて説明せよ。

」という問題は、質問者さんが授業で色々なことを学んで行く過程で出された問題ですよね。
問題文がそれだけであったとしても、それに対する解答は、それまでの授業の流れをふまえて書かねばなりません。

回答者の皆さんは、その流れの部分を想像しながら回答されているわけですが、実際に授業を受けたわけではないので、解答として何が求められているかということまで正確に判断することはできません。

客観的な事実として、ベンゼンと水が分離してベンゼンが上になるということと、ベンゼンの方が分子量が大きいということは言えますが、そこから先の議論は授業の流れと密接に関連することで、書かれた内容からでは判断できません。
つまり、分子量と密度の間には誰もが納得できるような密接な関係があるわけではないので、この問題文だけからでは無関係なものを関係づけろと言っているに等しいことになります。

適切な回答を得るためには、授業における説明の流れについても補足した方が良いと思います。そうでなければ出題者の意図がわかりません。
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この回答へのお礼

説明不足で本当にすいませんでした。適切な指摘、ありがとうございました。

お礼日時:2006/08/03 19:09

No1です。


この問題は分子量から密度を導けというものではないはずです。初めに問題点を示唆するつもりで回答を書いたのですが。上手く話しが進んでいないように思いますので改めて書かせて頂きます。

(1)浮くか沈むかは密度の問題であり、分子量の問題ではない。
(2)液体の密度は材料となった分子の質量(分子量)と分子の形、大きさ、分子の詰まり方等の要素で決まる。
(3)ベンゼンが水に浮くという判断は数値を調べてもよいし、有機物に対する一般的なイメージから推測しても良い。
(4)ここで水より分子量の大きな物質の密度が水の密度よりも小さいということの原因が問題になる。
(5)この様なことはベンゼン以外でも当てはまるのか。
・・・
でしょう。

個々の有機物の密度を議論せよということではないと思います。
でもほとんどの有機化合物の密度は1より小さいのです。疎水性の有機物は勿論親水性のものもです。詰まり方のところで極性の話が出てきます。親水性のエタノールの密度は水より小さいですが氷砂糖は沈みます。極性の影響が異なります。有機物の塩類だとまた話が変わります。塩類は常温で固体ですから液体のものに限る方が話が混乱しないです。普通成分元素としてC、H、O、Nを考えます。もっと原子量の大きな元素があれば変わってきます。四塩化炭素は疎水性の密度が1より大きい液体です。塩素を臭素に変えればもっと密度が大きくなります。分子の大きさがあまり変わらないのに分子量だけが大きくなるからです。鉱物成分を浮くか沈むかでより分ける時に用いる重液にはこういうものを用いるそうです。四臭化エタンの密度は2.9[g/cm^3]です。これを使うと花崗岩成分と石榴石をより分けたりすることが出来ます。
密度の数値を求めよというのではありません。どういう量により決まるかを吟味すればいいのです。必要な密度の数値は理科年表、化学便覧、化学事典等を調べて探せばいいのです。その数値を元に議論せよと言うことです。
最初の質問の文章の中にもあったように分子量の大きい方が密度も大きいはずだと素朴に思いこんでいる人がいるからこういう問題が意味を持つのです。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。勉強になりました。

お礼日時:2006/08/03 19:07

No.1、No.2の方もおっしゃっていますが、分子量だけで説明するのは無理です。


問題文は質問にあるとおりなのでしょうか?
何か、他に回答に条件がありませんか?
いずれにしても、No.2の方の指摘されているとおり、比重を理論的に説明するのはかなり難しいと思います。そもそも、一般的な理論が存在するのか私は知りません。
液体の構造を詳細に議論するのは現在の物理化学でも困難なことだと思います。

この回答への補足

問題文は質問にあるとおりです。ほかに回答条件はありません。

補足日時:2006/07/30 19:57
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この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2006/08/03 19:09

理科便覧などで有機溶媒の比重を調べてみることをオススメします。


比重は分子量だけでは決まらないですから、こればっかりは覚える(経験する)しかない部分も多いですね。

この回答への補足

ベンゼンの水に対する比重は0.88であり、水に浮くというのがわかりました。分子量がどうやってからんでくるのかがわかりません。

補足日時:2006/07/30 19:55
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この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2006/08/03 19:06

水に浮くか沈むかを決めているのは分子量でしょうか。

油は水に浮くでしょう。油の分子量はベンゼンよりも大きいですよ。
考察するものは浮くか沈むかだけではないはずです。もっと考える範囲を広げることは出来ないものでしょうか。
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この回答へのお礼

すいません。これからはできるだけ考える範囲を広げれるよう努力します。ありがとうございました。

お礼日時:2006/08/03 19:05

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ちなみに私は化学はまるで素人なので、出来ましたら、計算式等と共に教えていただけると幸いです。

Aベストアンサー

 なんでこう、化学に関して素人だと仰る方の質問に対して、数値が知
りたいという問いにちゃんと計算して応えることの出来ない人がこうも
多いんだろうね? 迷惑だよ。

 私が所望の計算を致します。他の方々のコメントがなくても済むよう
にお答えしますね。必要な知識は、高校の化学の教科書や参考書にある
平衡定数の考え方です。
 炭酸ナトリウム水溶液の濃度が仮に 0.1 mol/L(=10.6 g/L)である
として、その pH を計算してみます。考え方は、参考 URL にある「酢酸
ナトリウム水溶液の加水分解」と同じです。

 炭酸は2段階電離をしますが、その第2段階の電離定数を Ka、水のイ
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です。かなり強いアルカリ性の温泉も存在します。
http://www.goryukan.jp/spa/index.html
 入浴剤として使う場合の注意としては、強アルカリ性の温泉に入浴す
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しょうか?

参考URL:http://www2.yamamura.ac.jp/chemistry/chapter3/lecture5/lect3052.html

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> 油が軽く、水が重いのは経験的に分かります。
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> しかし分子量は水よりの油ほうが一般的に大きいです。
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> 重さと分子量とは関係がないのでしょうか。
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> なぜ油は水に浮くのでしょうか。
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水とトルエンの共沸のお話ですね。
共沸について以前回答したことがあるので、それを転載させて戴きます(但し、一部変更)
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1662272

   ~~~~~~~~~~~~~~

「沸騰」は、「その液体の蒸気圧が、まわりの圧力(大気圧など)よりも大きくなることで、液体の表面以外からも気体になる現象」です。

つまり、大気圧下での水の場合、100℃では1気圧を超えるため沸騰し、それより低温では1気圧に満たないので蒸発しかしない、ということになります。
(蒸気圧が0だと、蒸発もしないことになります)

一方、水以外の液体も、水と同様に蒸気圧を持っています。
その液体が水と混和した場合、その混合液は「水の蒸気圧」と「もう一方の液体の蒸気圧」を持つことになります。

ここで、仮に90℃において、水の蒸気圧が0.9気圧、もう一方の液体(A)の蒸気圧が0.1気圧だったとします。
すると、両方の合計は1気圧となるため、この混合液は「水:液体(A)=9:1」の比率の混合気体として沸騰することが可能になるのです。

このように、一般的な「共沸」では「混合液体のそれぞれの蒸気圧の和(合計)が周りの圧力を上回った」場合に起こる現象なので、それぞれの沸点よりも低い温度に「共沸点」を持つことになります。

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%92%B8%E7%95%99

水とトルエンの共沸のお話ですね。
共沸について以前回答したことがあるので、それを転載させて戴きます(但し、一部変更)
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1662272

   ~~~~~~~~~~~~~~

「沸騰」は、「その液体の蒸気圧が、まわりの圧力(大気圧など)よりも大きくなることで、液体の表面以外からも気体になる現象」です。

つまり、大気圧下での水の場合、100℃では1気圧を超えるため沸騰し、それより低温では1気圧に満たないので蒸発しかしない、ということになります。
(蒸気...続きを読む

Q分子式と組成式の違い

えっと…初歩的なことで今更あれなんですが、分子式と組成式の違いがよく分かりません。
お分かりになる方、お教えください。

Aベストアンサー

分子式というのは分子が存在する物質に限って用いられ、その分子に含まれている原子をその数とともに示したものです。
たとえば、水:H2O、アンモニア:NH3といった感じです。


組成式というのは、その物質を構成している原子を最も簡単な整数比で表したものですが、それには2つの可能性があります。
(1)分子が存在する場合でも、種々の理由によって、分子式で表すのが困難な場合には組成式で表します。
たとえば、ダイヤモンドやイオウは高分子ですので、分子式で表そうとすれば構成している原子数を知る必要がありますが、それは個々のダイヤモンド等によって異なっており、正確な原子数を知ることは不可能です。したがって、ダイヤモンド:C、イオウ:Sのように表します。
また、高分子以外でも、種々の理由によって、たとえばベンゼン:C6H6などを、CHという組成式で表すこともあるでしょう。

(2)分子を形成しない物質の場合には、組成式で表します。たとえば、食塩をNaClと表しますが、これはNaClという分子があるのではなく、Na原子(あるいはNa+)とCl原子(あるいはCl-)が1:1で含まれていることを意味します。イオン結合を形成する物質の中には、このように組成式で表されるものが多いと言えるでしょう。

分子式というのは分子が存在する物質に限って用いられ、その分子に含まれている原子をその数とともに示したものです。
たとえば、水:H2O、アンモニア:NH3といった感じです。


組成式というのは、その物質を構成している原子を最も簡単な整数比で表したものですが、それには2つの可能性があります。
(1)分子が存在する場合でも、種々の理由によって、分子式で表すのが困難な場合には組成式で表します。
たとえば、ダイヤモンドやイオウは高分子ですので、分子式で表そうとすれば構成している原子数を知る...続きを読む

Q比重の単位って?もうわけわからない・・・。

比重というのは、単位はなんなのでしょうか??
鉄の比重を7.85で計算すると考え、以下の疑問に答えてもらいたいのですが、
縦100mm・横100mm・厚さ6mmの鉄板の重さを計算したい場合、
100×100×6×7.85で計算すると、471000になります。
全部mに単位をそろえて計算すると、
0.1×0.1×0・006×7.85で、0.000471になります。

これで正確にkgの単位で答えを出したい場合、
0.1×0.1×6×7.85で、答えは0.471kgが正解ですよね?

・・・全く意味が解かりません。普通、単位は全部揃えて計算するものですよね??なぜ、この場合、厚さだけはmmの単位で、縦と横はmでの計算をするのでしょうか?

比重ってのは単位はどれに合わせてすればいいのでしょうか?

そして円筒の場合はどのように計算するのでしょうか?
まず、円の面積を求めて、それに長さを掛けるのですよね?
これは円の面積の単位はメートルにして、長さはミリで計算するのでしょうか??
わけわからない質問ですみません・・・。もうさっぱりわけがわからなくなってしまって・・。うんざりせずに、解かりやすく、教えてくださる方いましたらすみませんが教えて下さい・・。

比重というのは、単位はなんなのでしょうか??
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100×100×6×7.85で計算すると、471000になります。
全部mに単位をそろえて計算すると、
0.1×0.1×0・006×7.85で、0.000471になります。

これで正確にkgの単位で答えを出したい場合、
0.1×0.1×6×7.85で、答えは0.471kgが正解ですよね?

・・・全く意味が解かりません。普通、単位は全部揃えて計算するものですよね??...続きを読む

Aベストアンサー

#3番の方の説明が完璧なんですが、言葉の意味がわからないかもしれないので補足です

比重は「同じ体積の水と比べた場合の重量比」です
水の密度は1g/cm3なので、鉄の密度も7.85g/cm3になります
(密度=単位堆積あたりの重さ)
重さを求める時は「体積×密度(比重ではありません)」で求めます

おっしゃるとおり、計算をする時は単位をそろえる必要があります
100(mm)×100(mm)×6(mm)×7.85(g/cm3)ではmmとcmが混在しているので間違いです
長さの単位を全部cmに直して
10cm×10cm×0.6cm×7.85(g/cm3)=471g=0.471kg
と計算します(cmとgで計算しているのでCGS単位系と呼びます)

円筒の場合も同様に
体積×密度で求めます
円筒の体積=底面積(円の面積半径×半径×円周率)×高さ
です

比重=密度で計算するならば、水が1gになる体積1cm3を利用するために長さの単位をcmに直して計算してください
計算結果はgで出るのでこれをkgに直してください

最初からkgで出したい時は
水の密度=1000(kg/m3)
(水1m3の重さ=100cm×100cm×100cm×1g=1000000g=1000kg)
を利用して
目的の物質の密度=1000×比重(kg/m3)
でも計算できます
(このようにm kgを使って計算するのがSI単位系です)

0.1×0.1×6×7.85は#4の方がおっしゃるとおり
0.1×0.1×0.006×1000×7.85の0.006×1000だけ先に計算したのだと思います

#3番の方の説明が完璧なんですが、言葉の意味がわからないかもしれないので補足です

比重は「同じ体積の水と比べた場合の重量比」です
水の密度は1g/cm3なので、鉄の密度も7.85g/cm3になります
(密度=単位堆積あたりの重さ)
重さを求める時は「体積×密度(比重ではありません)」で求めます

おっしゃるとおり、計算をする時は単位をそろえる必要があります
100(mm)×100(mm)×6(mm)×7.85(g/cm3)ではmmとcmが混在しているので間違いです
長さの単位を全部cmに直して
10cm×10cm×0.6cm×7.85(g...続きを読む

Q物理化学の実験のレポートについての質問です。

物理化学の実験のレポートについての質問です。

反応速度についての実験をしているんですが、考察でわからないところがあります(汗

まず、反応速度のところなんですが、酢酸エチルの加水分解反応の反応速度を測定して速度定数を求めるという実験です。25℃、30℃、35℃、45℃において、それぞれ0分から90分まで反応させて、その後NaOHで滴定して滴定量を出して、滴定量と時間から、速度定数kを計算で求めるのと、横軸に時間を、縦軸にlogCをとって、その直線式の傾きに-2.303を掛けてだすkの二つについて考察せよ

というものです

(読みにくくてすみません)

あとひとつあります(>_<

上の場合の活性化エネルギーについてなのですが、

logk = lnA - Ea/2.303RT
をつかって活性化エネルギーEaを出して、また、縦軸にlnk、横軸に1/Tをとって、傾きから活性化エネルギーを求めて、それについて考察するというものです。

計算で求めるときに、頻度因子であるAは何をいれたらいいのでしょうか??

あと、考察とはどのようなことを書いたらいいでしょうか(;_;

物理苦手で全然わかりません…


本当によろしくお願いしますm(__)m

物理化学の実験のレポートについての質問です。

反応速度についての実験をしているんですが、考察でわからないところがあります(汗

まず、反応速度のところなんですが、酢酸エチルの加水分解反応の反応速度を測定して速度定数を求めるという実験です。25℃、30℃、35℃、45℃において、それぞれ0分から90分まで反応させて、その後NaOHで滴定して滴定量を出して、滴定量と時間から、速度定数kを計算で求めるのと、横軸に時間を、縦軸にlogCをとって、その直線式の傾きに-2.303を掛けてだすkの二つについて考察...続きを読む

Aベストアンサー

一次反応だと酢酸エチルの濃度をCとして
-dC/dt=kC...(1)
となり、これを解いて
C=Co*exp(-kt)...(2)
となります。Coは初期の濃度です。この式は
ln(C/Co)=-kt...(3)
あるいは常用対数を用いて
2.303log(C/Co)=-kt...(3)'
です。だから原理的にはk=-2.303log(C/Co)でkを計算すると(同じ温度であれば)全ての時刻tでkは同じ数字になるはずです。しかし実際にはそうはなりません。測定のバラツキはもとより、kに系統誤差を含んでいることさえありえます。それはt=0がどの程度正確か、Coがどの程度正確かによります。これについてグラフ作成で考えて見ます。(3)'は
logC=-(k/2.303)t+logCo...(4)
ですから、tに対してlogCをプロットすれば勾配が-k/2.303、y切片がlogCoの直線を得るはずです。ここでtとはt=0からの時間です。このtに曖昧さがあったとし、更にCo濃度も測定誤差を含んでいたとします。でもそれはy切片の値に繰り込まれて、勾配である-k/2.303には影響しません。Excelで解析すれば最小二乗法で得られた直線の上下への測定点のバラツキから、これから得られた勾配の精度がでるはずです。
逆に各時刻でのCから(3)'式を使ってkを算出する場合はCoとtは誤差を含んだある値がそのまま使われます。たとえばtがいつもΔtだけずれていたとしたら出てくるkは真のkでなく
k=-{2.303log(C/Co)}/t...(3)"
の代わりに
k'=-{2.303log(C/Co)}/(t+Δt)...(5)
となります。tが大きいと同じ値に近づきますが、tが小さくてΔtを無視できないとし、Δt>0の場合初期はk'が小さくなります。
同じくCoに誤差があるとき、
k"=-2.303log(C/(Co+ΔCo))/t...(6)
になります。この場合は例えばΔCo>0ならばk"は常に小さめの値になります。
(3)"からkを直接計算した結果の動向と、グラフの勾配から出したkの結果を見比べて考えてください。

活性化エネルギーは
k=A*exp(-E/RT)
より
lnk=lnA-E/RT
あるいは
logk=logA-E/(2.303RT)...(7)
から出しますがkの数字は出ています。それから温度Tがわかっています。だから1/Tに対してlogkをプロットすることはできるはずです。その勾配が-E/2.303Rになっています。
Aは逆に(7)のグラフのy切片(1/T=0)から求まります。

一次反応だと酢酸エチルの濃度をCとして
-dC/dt=kC...(1)
となり、これを解いて
C=Co*exp(-kt)...(2)
となります。Coは初期の濃度です。この式は
ln(C/Co)=-kt...(3)
あるいは常用対数を用いて
2.303log(C/Co)=-kt...(3)'
です。だから原理的にはk=-2.303log(C/Co)でkを計算すると(同じ温度であれば)全ての時刻tでkは同じ数字になるはずです。しかし実際にはそうはなりません。測定のバラツキはもとより、kに系統誤差を含んでいることさえありえます。それはt=0がどの程度正確か、Coがどの程度正確かによります...続きを読む