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高校化学 気体でわからないところがあり、聞ける人がいないので質問させてください。

『氷の蒸気圧曲線より過冷却水の蒸気圧曲線が上になっていることから、-10℃の氷と、
-10℃の過冷却水とを同じ容器内に放置すると、どのような変化が見られるか』 という問題で、
答えが『過冷却水が減少し、最終的に氷のみになる』 となっているのですが、よくわかりません。
解説していただけないでしょうか?過冷却水とはどういうものでしょうか?

あと、ビクトルマイヤー法という分子量測定法がわかりません。
わかる方がいれば、教えてください。
お願いいたします。

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A 回答 (1件)

通常、H2Oは摂氏0度になると氷になりますね。

(若干語弊がありますが…)
ところが、純度の高い水を静かに冷やしていくと、0度以下になっても凍りません。
この状態を過冷却と呼びます。
ちょっと刺激を与えると、途端に凍る、不安定な状態です。
この問題は、そのような刺激はなく、過冷却水は過冷却水のままだという前提のようです。

さて、この問題では「平衡」の考え方を使っています。
平衡とは、「水が蒸気になる速度」と「蒸気が水に戻る速度」とが等しければ水の総量は変わらない、そういう状態のことです。
気化することと凝固(凝縮)することとは同時に起こっていますが、別の現象だと分けて考えているんです。

蒸気圧曲線というのは、実は「ある物質がある温度で、気化する速度と凝固(凝縮)する速度とが等しくなる、そんな蒸気の分圧」をプロットしたものなんですね。

気体が凝固(凝縮)する速度は、その分圧と比例します。そして気化する速度は分圧とは関係なく一定です。
したがって、その曲線より分圧が低ければ気化する速度の方が大きいし、
その曲線より分圧が高ければ凝固(凝縮)する速度の方が大きい。
そうして最終的には曲線の位置に状態は収束します。


ここまでが問題の背景です。


氷も過冷却水も、気化すれば同じ「水蒸気」です。
だから、蒸気圧曲線上に現在の状況をプロットすると、一点に定まりますね。
このとき、温度は-10℃で、水蒸気の分圧はPnとしましょう。

Pnはどこにあるでしょうか。
氷も過冷却水も置いてあるので、恐らく二つの蒸気圧曲線の間のどこかにありますよね。

ということは…
・氷から見れば、水蒸気の分圧は高め → 水蒸気が氷になる速度の方が昇華速度より大きい
・過冷却水から見れば、水蒸気の分圧は低め → 過冷却水が水蒸気になる速度の方が凝固速度より大きい
わけですね。

総じて、「過冷却水は蒸発し、氷は凝縮する」という現象が、水蒸気を通して起こっていることになります。


ビクトルマイヤーについては寡聞にして存じませんが、参考URLから推察するに、
物質を気化させて、理想気体の状態方程式から分子量を求めるのでしょうか。

参考URL:http://www.kagakudojin.co.jp/special/calendar/ca …
    • good
    • 1
この回答へのお礼

大変分かりやすく丁寧なご回答ありがとうございました。
ほんっとうに助かりました☆

お礼日時:2006/11/30 14:09

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Q飽和水蒸気圧の違い

氷に対する飽和水蒸気圧と水(過冷却水)に対する飽和水蒸気圧が違いますが、なぜ、氷の方が低くなっているでしょうか?
固体と液体の違いに理由があるのでしょうか?
そのあたりを詳しく教えていただけないでしょうか。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

過去問にもあり、↓
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa2561622.html
専門家のページにもあるのですが、↓
http://staff.aist.go.jp/abe.h/TraceMoisture/basics.html
「理由」や具体的な数字は上がっていませんね。

(独)産業技術総合研究所NMIJについてはこちら。↓
http://www.nmij.jp/

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気圧と飽和水蒸気量の関係

気圧が下がると、水の沸点が下がる事は状態線図からわかるのですが、飽和水蒸気量はどうなるのでしょうか? また、気圧と沸点や飽和水蒸気量に関する計算式がありましたら教えてください。

Aベストアンサー

1番さんと2番さんの意見が違いますね。

まず、気圧と沸点や飽和水蒸気量に関する計算式について書きます。
いろんな式があるでしょうが、簡単で、世界中で使われているFAO(国連食料農業機構)の式を書くと:

気圧:
P = 101.3*((293-0.0065z)/293)^5.26
Pは大気圧(kPa)、zは標高(m)

飽和水蒸気圧:
e0(T) = 0.611 exp(17.27T/(T+237.3))
e0(T)は飽和水蒸気圧(kPa)、Tは気温(℃)

沸点は、P = e0(T)になるところです。
だから、標高と水の沸点温度の関係は、下の式を満たすzとTの組み合わせになります:
101.3*((293-0.0065z)/293)^5.26 = 0.611 exp(17.27T/(T+237.3))

標高zが0mなら、沸点Tはほぼ100℃。zが3000mでTが90℃になります。上記のFAOの式はある程度正確で、灌漑用水計画や水資源管理分野において世界的に使われている式です。

飽和水蒸気量については、イマイチ自信は無いんですが、おそらく2番さんが正しいんではないかと思います。
蒸気のFAOの式でも、飽和水蒸気圧は温度のみの関数として表されているし、下のような飽和水蒸気圧曲線も温度のみの関数ですから。
飽和水蒸気圧が温度のみの関数ということは飽和水蒸気量が温度のみの関数ということでしょう。
http://www.senior.aichi-edu.ac.jp/mtahira/Jikken/sat_vapor_pressure.jpg

ということで、答えは、気圧が下がると沸点は下がるけれども、飽和水蒸気量は気圧には直接関係ない、ということでしょう。
ただし、標高が上がれば気圧が下がると同時に気温も下がるので(標準で1km上がれば6.5℃下がります)、飽和水蒸気量も下がるということはあるでしょう。ただしこれはあくまで気温が下がったからだと思います。

1番さんと2番さんの意見が違いますね。

まず、気圧と沸点や飽和水蒸気量に関する計算式について書きます。
いろんな式があるでしょうが、簡単で、世界中で使われているFAO(国連食料農業機構)の式を書くと:

気圧:
P = 101.3*((293-0.0065z)/293)^5.26
Pは大気圧(kPa)、zは標高(m)

飽和水蒸気圧:
e0(T) = 0.611 exp(17.27T/(T+237.3))
e0(T)は飽和水蒸気圧(kPa)、Tは気温(℃)

沸点は、P = e0(T)になるところです。
だから、標高と水の沸点温度の関係は、下の式を満たすzとTの組...続きを読む

Q期待の状態方程式を用いた分子量の測定

気体の状態方程式を用いた分子量の測定を行いました。(シクロヘキサン[C6H12]の分子量を求めました)

実験方法
(1)シリコーンゴム栓に温度計を差し込み、丸底フラスコに取り付けて全質量をはかる
(2)丸底フラスコにシクロヘキサンを駒込ピペットを用いて入れ、再度シリコーンゴム栓を取り付ける
(3)ゴム栓下端に印をつける
(4)90度の熱水の入ったウォーターバスにフラスコを入れ、スタンドで固定
(5)シクロヘキサンが完全に蒸発した事を確認したあと、フラスコ内の温度がほぼ一定になったらその温度をよむ
(6)フラスコをスタンドよりはずし、外側についている水を乾いた布で拭きとり、放冷しめ再び質量をはかる
(7)ゴム栓を外して、シクロヘキサンを回収したのち、フラスコをへ水を満たし、再びゴム栓をして余分な水を溢れさせる。この時ゴム栓は印のつけた位置までいれる
(8)メスシリンダーにフラスコの水を入れ、体積をはかる
(9)気圧計より大気圧を読む(98200Paでした)
10 気体の状態方程式からモル質量を求める[(175.35-174.08)×(1/98200)×(1000/430)×8.31×10^3×(273+82)≒89 でした]

その考察でわからないところがあるので教えてください。
(1)(丸底フラスコにシクロヘキサンを駒込ピペットを用いていれる時に)シクロヘキサンの質量を測定しなくてよい理由

(2)フラスコの質量を測定する前に放冷し、シクロヘキサンの蒸気を凝縮させることが必要な理由(蒸気のまま測定する事がダメな理由)

(3)誤差の原因
(誤差は約6%でした)

以上3つを教えてください。特に誤差の原因がよくわかりません。よろしくお願いします。

気体の状態方程式を用いた分子量の測定を行いました。(シクロヘキサン[C6H12]の分子量を求めました)

実験方法
(1)シリコーンゴム栓に温度計を差し込み、丸底フラスコに取り付けて全質量をはかる
(2)丸底フラスコにシクロヘキサンを駒込ピペットを用いて入れ、再度シリコーンゴム栓を取り付ける
(3)ゴム栓下端に印をつける
(4)90度の熱水の入ったウォーターバスにフラスコを入れ、スタンドで固定
(5)シクロヘキサンが完全に蒸発した事を確認したあと、フラスコ内の温度がほぼ一定になったらその温度をよむ
(6)フラ...続きを読む

Aベストアンサー

まず、今までにベストアンサーが2回でた質問に、どうして同じ文面で
3回目の質問をするのでしょうか?

最も核心的なことを答えますと、このような実験手法で理論値との6%誤差
であるならば十分な実験結果だと思います。

さて、問題について考えてきます。
(1)はすでに答えが出ています。
ただし、フラスコ内の空気を95%以上をシクロヘキサンにするためには、
4g以上のシクロヘキサンが必要でしょう。
分子量計算には使わない値ですが、気体置換が十分かどうかを確認するには
測定が必要な値だったと思います。
たとえば、フラスコに20%くらいの食塩水を半分くらい入れて、そこに
フラスコの20倍くらいの水を流し込んで、そのれでミズノ味を確かめてみて
くださいわずかに塩味がするはずです。このように、20倍くらいの体積の
水を流しても食塩は残るのです。ですから、シクロヘキサンを10倍や20倍
の量を発生させても元にあった空気は残ります。

(2)答えが出ているうち、上昇気流などは関係ないです。
問題はフラスコ無いの空気の重さです。
シクロヘキサンが気体のときに質量をはかると空気を押し出した状態になってる
ので、その質量の分が軽くなります。

(3)一番大きな誤差の要因はシクロヘキサンの質量測定です。
175.35-174.08=0.27〔g〕ですが、最後の桁は誤差を含みます。
全体数字が小さいので、この誤差の割合はかなり大きなものになります。
また、フラスコに水をどれだけよくふいてもみずはかなり付着するはずです。
乾燥したフラスコと一度水に濡らしてよくふいたフラスコの質量を比較してみてください。
2番目は大気圧でしょう。大気圧は水銀圧力計以外の測定では誤差が大きいです。
根本的な理由としては、シクロヘキサンは理想気体ではありませんので、気体の状態方程式
には完全に従いません。分子量がかなり大きく、想定温度が沸点に近いので、分子間力の
影響が大きく、体積が理論値よりもかなり小さくなります。
ということで、Rの値は8.31ではなく、もう少し小さな値になるはずです。

まず、今までにベストアンサーが2回でた質問に、どうして同じ文面で
3回目の質問をするのでしょうか?

最も核心的なことを答えますと、このような実験手法で理論値との6%誤差
であるならば十分な実験結果だと思います。

さて、問題について考えてきます。
(1)はすでに答えが出ています。
ただし、フラスコ内の空気を95%以上をシクロヘキサンにするためには、
4g以上のシクロヘキサンが必要でしょう。
分子量計算には使わない値ですが、気体置換が十分かどうかを確認するには
測定が必要な値だったと思...続きを読む

QVan't hoffプロットって?

van't hoffプロットって、何を表すグラフなのですか?
確か横軸は温度の逆数で縦軸はlnkと書いてあったのですが、
何を示したい、もしくは、化学的にどんな意義があるのか教えて下さい。

Aベストアンサー

 回答の前に確認させてください。お知りになりたいグラフは「横軸が温度の逆数」で「縦軸が ln(k)(大文字のK)」のものですね。もし,「縦軸が ln(k)(小文字のk)」でしたら,Organomets さんがお書きの様に Arrhenius プロットです。Arrhenius プロットでしたら,ここでも何度か質問に出ていますのでトップページ(↓)で検索してみてください。

 で,van't Hoff プロットですが,このもの自身は見付からなかったのですが,「化学辞典」(東京化学同人)に van't Hoff equation (ファントホッフの式)として,次の2式が出てきます。

  d( ln(Kp) )/dT = ΔH/(RT^2)
  d( ln(Kc) )/dT = ΔU/(RT^2)
    Kp:圧平衡定数,Kc:濃度平衡定数,
    R:気体定数,T:絶対温度,
    ΔH:定圧反応熱,ΔU:定容反応熱

 これらの式は『平衡定数の温度変化を示すと同時に,反応の平衡定数と反応熱を結びつける関係式』です。

 ここで,各式をそれぞれ積分すると次の2式が得られます。

  ln(Kp) = C - (ΔH/R)(1/T)
  ln(Kc) = C' - (ΔU/R)(1/T)

 したがって,お書きの van't Hoff プロットとは,「縦軸に ln(Kp) 又は ln(Kc)」を「横軸に温度の逆数(1/T)」をとってプロッとしたものだと思います。そうだとすると,プロットは直線になり,その傾きから定圧反応熱(ΔH)や定容反応熱(ΔU)と言った熱力学パラメーターが得られます。

参考URL:http://www.okweb.ne.jp/index.php3

 回答の前に確認させてください。お知りになりたいグラフは「横軸が温度の逆数」で「縦軸が ln(k)(大文字のK)」のものですね。もし,「縦軸が ln(k)(小文字のk)」でしたら,Organomets さんがお書きの様に Arrhenius プロットです。Arrhenius プロットでしたら,ここでも何度か質問に出ていますのでトップページ(↓)で検索してみてください。

 で,van't Hoff プロットですが,このもの自身は見付からなかったのですが,「化学辞典」(東京化学同人)に van't Hoff equation (ファントホッフの式)...続きを読む

Q分子量測定(デュマ法)について

分子量測定で測定できるのは「揮発性の物質」なのですか?どういったところが向いているのでしょうか。

Aベストアンサー

デュマ法では, 普通, 沸騰させた水に比重びんをつけ, 中の試料を気化させて比重びんの中の空気を追い出して置き換えるので, 試料の沸点が水の沸点よりも低くないと使えません.
つまり, 試料の沸点が水の沸点よりも低いという意味で『揮発性』と書かれているのだと思います.
ご質問の回答になっているでしょうか?

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蒸気圧ってなに?

高校化学IIの気体の分野で『蒸気圧』というのが出てきました。教科書を何度も読んだのですが漠然とした書き方でよく理解できませんでした。蒸気圧とはどんな圧力なのですか?具体的に教えてください。

Aベストアンサー

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できます。
また、油が蒸発しにくいのは油の蒸気圧が非常に低いためであると説明できます。

さきほど、常温での水の飽和蒸気圧が0.02気圧であると述べましたが、これはどういう意味かと言えば、大気圧の内の、2%が水蒸気によるものだということになります。
気体の分圧は気体中の分子の数に比例しますので、空気を構成する分子の内の2%が水の分子であることを意味します。残りの98%のうちの約5分の4が窒素で、約5分の1が酸素ということになります。

ただし、上で述べたのは湿度が100%の場合であり、仮に湿度が60%だとすれば、水の蒸気圧は0.2x0.6=0.012気圧ということになります。

蒸気圧というのは、主として常温付近で一部が気体になるような物質について用いられる言葉です。

液体の物質の場合に、よく沸点という言葉を使います。
物質の蒸気圧が大気圧と同じになったときに沸騰が起こります。
つまり、沸点というのは飽和蒸気圧が大気圧と同じになる温度のことを言います。
しかし、沸点以下でも蒸気圧は0ではありません。たとえば、水が蒸発するのは、常温でも水にはある程度の大きさ(おおよそ、0.02気圧程度)の蒸気圧があるためにゆっくりと気化していくためであると説明できま...続きを読む

QBTB分子の構造と吸光度

BTB溶液列をつくり、分光光度計で吸光度を測定し、pHメーターを用いてpHを測定しました。
この2つの結果を用いてグラフを作成したところ中和滴定曲線に似ているグラフができあがりました。

このグラフの様子をBTB分子の構造と吸光度とを関連付けて説明しなければならないのですが、BTB分子の構造を調べたところでどうグラフと関係してくるのかまったくわかりません。どなたかわかる方教えてください。

Aベストアンサー

BTBの構造がpHによって変化し、それによって、BTBの共役系が変化し、吸収スペクトルが変化するということです。

まずは、pH変化に伴うBTBの構造変化を調べ、その中で共役系の変化について調べることです。

参考URL:http://www.kiriya-chem.co.jp/q&a/q43.html

Qエクセル STDEVとSTDEVPの違い

エクセルの統計関数で標準偏差を求める時、STDEVとSTDEVPがあります。両者の違いが良くわかりません。
宜しかったら、恐縮ですが、以下の具体例で、『噛み砕いて』教えて下さい。
(例)
セルA1~A13に1~13の数字を入力、平均値=7、STDEVでは3.89444、STDEVPでは3.741657となります。
また、平均値7と各数字の差を取り、それを2乗し、総和を取る(182)、これをデータの個数13で割る(14)、この平方根を取ると3.741657となります。
では、STDEVとSTDEVPの違いは何なのでしょうか?統計のことは疎く、お手数ですが、サルにもわかるようご教授頂きたく、お願い致します。

Aベストアンサー

データが母集団そのものからとったか、標本データかで違います。また母集団そのものだったとしても(例えばクラス全員というような)、その背景にさらならる母集団(例えば学年全体)を想定して比較するような時もありますので、その場合は標本となります。
で標本データの時はSTDEVを使って、母集団の時はSTDEVPをつかうことになります。
公式の違いは分母がn-1(STDEV)かn(STDEVP)かの違いしかありません。まぁ感覚的に理解するなら、分母がn-1になるということはそれだけ結果が大きくなるわけで、つまりそれだけのりしろを多くもって推測に当たるというようなことになります。
AとBの違いがあるかないかという推測をする時、通常は標本同士の検証になるわけですので、偏差を余裕をもってわざとちょっと大きめに見るということで、それだけ確証の度合いを上げるというわけです。


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