ブタンガスの分子量測定に際する誤差

(1)　ブタンガスのボンベの質量(ｗ1)を計測
(2)　ある程度水をはった水槽に水を満たしたメスシリンダーを倒立させる
(3)　ボンベにつないだポリエチレン管をメスシリンダー内に入れ、ノズルを押し、５００ｍＬ程度のブタンを捕集する
(4)　メスシリンダー内の水面と水槽の水面を一致させ、気体の体積(Ｖ)を測定する
(5)　ポリエチレン管を外しボンベの質量(ｗ2)を計測
(6)　このとき大気圧＝749.1　水温＝23.5　水蒸気圧＝21.1

この様にして測定したのですがどうしてもブタンの分子式から計算したもの(58)と4ぐらいの誤差が生じてしまいます。
原因をできるだけ詳しく教えて下さい、お願いします。
(ちなみに、このボンベにはライター用で、プロパンが少量含まれています。)

No.3 ベストアンサー 回答者： ht1914 回答日時： 2007/06/17 20:54

大きい方にずれたのですね。

理由として可能性のあるものを考えてみましたか。実験を行った人が一番操作上の問題点について詳しいことを知っているはずです。

プロパンが混じっている可能性があります。種類がわかりませんので割合がわかりません。＃１にありましたように１０～２０％だとすると２ほど値が小さくなるはずです。
仮に平均分子量が５６だとします。
上向きにしたときの値　５８で＋２，
下向きにしたときの値　６２で＋６です。

市販のライターガスのボンベを使って水上置換で気体の体積を、前後の質量差で気体の質量を測定するという方法の場合に起こりやすい操作上の問題点を２つ書いておきます。

（Ａ）ガスチューブ（パイプ）の問題
・チューブの取り付け
ボンベの質量を測定するときチューブはついたままでしたか。外していましたか。水上置換でチューブを水につけますので水滴が付きます。
従ってたいていはチュープを外して状態でボンベの質量を測ります。
測定が２回あります。Ｗ１の測定の後チューブを取り付けます。この時に少しガスを噴出させてしまう可能性があります。ボンベについている弁は押すと開くようになっているからです。この時出たガスは空気中に出ますので体積の測定にかかってきません。Ｗ２の測定の前にはチューブを外します。チューブを引いて外しますのでガス漏れの可能性は少ないです。
・ガスの放出
多分ノズルに取り付けたチューブを押さえて押し込むようにしてガスを出したと思います。専用のチューブがあるわけではありませんのでガス漏れが起こります。ボンベを下向きにした方がチューブの曲がりがきついのでガス漏れの可能性が高くなります。

（Ｂ）水滴の問題
仮に２００ｍＬほど気体を集めるとします。１ｍｏｌで２２．４Ｌですから１／１００ｍｏｌ弱です。分子量が５８であれば０．６ｇ弱です。Ｗ１の測定ではまだ水は使っていません。Ｗ２の測定は水上置換の操作後です。ボンベに水滴が付く可能性は大きいです。１滴付けば０．０１ｇの変化は起こりうるでしょう。ボディーのところは拭くと思いますが口金のところのくぼみに水が残る場合が多いです。

２つ書きました。この２つは分子量の測定値を大きくする方向に働くか小さくする方向に働くかを考えてみて下さい。

私もやったことがありますがこの２つはどうしようもありません。（Ａ）の方がコントロールしにくいです。

No.2 回答者： ht1914 回答日時： 2007/06/17 09:43

値が４ずれたということですがどちらにずれたのでしょうか。

この実験は精度を上げるのが難しいです。１割以内であれば良しととするというのが私の理解です。ずれる理由はやはり問題になります。どちらにずれたかでズレの原因が変わってきます。
プロパンの混入があれば当然分子量は小さくなりますね。でもこれは試料の問題ですから測定上の誤差でがありません。（プロパンが混ざっているのに５８という値が出れば値を大きくするような操作上の誤差があったということです。）４のズレだと何％と計算できますか。ブタンの分子量が５８，プロパンの分子量が４４ですから平均の分子量が５４だとすると約３０％となります。
＃１の中に書かれていることと合いますか。
寒冷地用でないものを用いている場合には全く合いませんね。寒冷地用としても１０～２０％とありますから別の原因がありそうですね。

プロパンの割合の可能な範囲内であれば操作上の誤差をこれ以上吟味することはできません。かなり大きな操作上の誤差が入っているとしてもプロパンの割合に幅があっていくつかある操作上の誤差がその中につっこみになっている場合、推定のしようがないのです。予想されるプロパンの割合の幅を超えて値がずれているときはハッキリと操作上の誤差があることになります。

プロパンの混入以外で分子量を小さくする原因はないでしょうか。
大きくする理由は無いでしょうか。

この実験ではたいてい分子量が小さい目に出ます。プロパンの混入の影響以上のズレが出ます。気体の質量測定の難しさが反映しています。

他の班の値はどれくらいでしたか。
どの班も同じような傾向のズレ方をする場合には実験の上手い下手ではない共通の理由があります。

この回答への補足

あ、すいません。えっとですね・・・。ブタンガスボンベを上向きにして計測したときはほとんど58に近かったんですが、なぜか下向きにすると62ぐらいになったんです。
指摘ありがとうございました。

補足日時：2007/06/17 15:31

No.1 回答者： ZRT 回答日時： 2007/06/16 01:10

試用された　ブタンガス自体の出自を確認される事をお勧めします

(ちなみに、このボンベにはライター用で、プロパンが少量含まれています。)
通常流通して居る商品で有れば4％以下の混入は認められていますよね
ライター用と言う事で有れば、冬季期間様に10～20％MIXが使用されているはずですから（引火性の担保の為）
気化温度が（沸点
プロパン　約ー45℃
iブタン　約-11℃
ｎブタン　約-1℃
ですから
基本的にはプロパンMIXの混合ガスを使用しますので
普通に誤差の範囲内だとおもいます

この回答へのお礼

わざわざお答えいただきありがとうございました。
とても役に立ちました。

お礼日時：2007/06/16 19:20