水の電解における電流密度と水素発生速度について -電気化学駆け出しの- 化学

Qポリビニルアルコール

ポリビニルアルコールを水に溶解するとき、温水を用いない理由を教えてください。
また、ポリビニルアルコールに水酸化ナトリウムを加えて加熱して生じる物質は何ですか？

Aベストアンサー

アルカリを加えたときに生成する緑色の化合物の正体は、水酸化銅とポリビニルアルコールとの錯塩だと思います。

「通常は硫酸銅からの銅イオンをポリビニルアルコールは殆ど吸着しないが、弱アルカリ性にすると緑色の沈殿が生じる。これは水酸化銅とポリビニルアルコールとの錯塩である。」と水溶性高分子第６章ポリビニルアルコールの欄に記載されていました。

では、なぜ銅イオンがポリビニルアルコールに入っているのでしょうか？
これは、ポリビニルアルコールの原料である酢酸ビニルの製造方法と関係...続きを読む

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Qターフェル傾斜と交換電流密度

実験値からターフェル傾斜と交換電流密度を算出する手続きと白金の交換電流密度を教えてください。

下記のような測定条件で得た実験値に対して、"自分なりの手続き"を加えて白金の水素電極反応におけるターフェル傾斜と交換電流密度の算出を試みました。しかしながら、いまだ納得のいく値を得られておらず、この"自分なりの手続き"に問題があるのではと考えています。問題点のご指摘、解決法のご教授を宜しくお願いします。

作用電極：Pt plate　(0.8cm＾2)
参照電極：SCE
スウィープテクニック：LSV
挿引速度：1mV/s
電解質溶液：0.5M 硫酸
初期電位：450 mV
最終電位：-350 mV

得られた電流密度i-電位E曲線を見ると、450～-150mVの領域で残余電流はもっぱら10μA以下だったため、水素発生電位を電流が10μA(=i')流れ始める電位(=E')としました。過電圧η(=E-E')(V)に対して電流密度log|i-i'|(A/cm2)のグラフを作成しました。残念なことに、このグラフには直線と言えるような明確な領域はありませんでした。ここで、面指数に関係なく白金の場合、Tafel傾斜は-30mVであるという喜多氏による報告を参考に、傾き-0.03Vくらいの直線を無理矢理引いてみました。すると交換電流密度はlogi0(A/cm2)=-6程度になりました。この交換電流密度を文献値と比較することで"自分なりの手続き"の整合性を確かめようとしました。しかしながら、文献によって値が違うために混乱しています。

喜多氏の論文によると交換電流密度logi0(mA/cm2)は約-3(J.Mol.Cat.A:Chem.199(2003)161)であるのに対し、喜多氏・魚埼氏著の「電気化学の基礎」(技報堂出版、1版1刷、1983年)ではlogi0(A/cm2)は約-3となっていました。ちょうど10＾3倍の違いなのでどちらかが誤りを記載しているのだろうと思いますが、どうでしょうか？

以上まとめますと、問題点は2点です。水素発生電位を決定する"自分なりの手続き"の問題点、交換電流密度の正しい値です。ご存知の方がいらっしゃいましたら、どうぞ宜しくお願いします。また、簡単な方法などご存知であれば、そちらの紹介も宜しくお願いします。

実験値からターフェル傾斜と交換電流密度を算出する手続きと白金の交換電流密度を教えてください。

下記のような測定条件で得た実験値に対して、"自分なりの手続き"を加えて白金の水素電極反応におけるターフェル傾斜と交換電流密度の算出を試みました。しかしながら、いまだ納得のいく値を得られておらず、この"自分なりの手続き"に問題があるのではと考えています。問題点のご指摘、解決法のご教授を宜しくお願いします。

作用電極：Pt plate　(0.8cm＾2)
参照電極：SCE
スウィープテクニック：LSV
挿...続きを読む

Aベストアンサー

全然解決とは縁遠いお話ですが。
>喜多氏の論文によると交換電流密度logi0(mA/cm2)は約-3(J.Mol.Cat.A:Chem.199(2003)161)であるのに対し、喜多氏・魚埼氏著の「電気化学の基礎」(技報堂出版、1版1刷、1983年)ではlogi0(A/cm2)は約-3となっていました。

…て、同じ値だと思いますが、どこで「10＾3倍の違い」が現れているというのでしょう？？？

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Qポリ酢酸ビニルからのポリビニルアルコールの合成

ポリ酢酸ビニルを加水分解（けん化）して、ポリビニルアルコールを合成したら重合度が原料のポリ酢酸ビニルよりも低下してしまいました。これは一般によくあることらしいのですが理由がわかりません。ポリビニルアルコールの一部が水に溶け出したのでしょうか？どなたかご助力お願いします。

Aベストアンサー

ポリ酢酸ビニルの構造は
(-CH2-CH-)_n
　　　　l
　　　OCOCH3
(nは下つきです)
ですが、この
OCOCH3のメチルの部分にラジカルが生じることがあります。(というか生じてしまいます)
つまりOCOCH2・
となってここからも成長が始まってしまいます。
すると
(-CH2-CH-)_n
　　　　　l
　　　　OCOCH2(-CH2-CH-)_n'
　　　　　　　　　　　　　　　l
　　　　　　　　　　　　　　　OCOCH3
などという構造になります。(こう書いてしまうとすべてのOCOCH3がほかの酢酸ビニルと反応してしまうみたいに見...続きを読む

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Qマクスウェル模型、フォークトモデルの問題

課題の提出日が迫っているのでお願いします。
ソフトマターの問題で、マクスウェル模型とフォークとモデルについてです

１．マクスウェル模型は、粘弾性流体に関するもっとも簡単なモデルの一つであり、粘性を表すダッシュポットと弾性的なばねを直列に並べたものであるばねの力学応答はフックの法則(弾性率E)で与えられ、ダッシュポットは粘性率ηのニュートン流体で記述できるとすると、マクスウェル模型は、
dε/dt=1/E・dσ/dt+σ/η
と表される。クリープ・コンプライアンス測定では応力は一定であるが、この時の変形の時間依存性を求めて図示せよ。さらに、応力緩和測定では変形が一定であるが、この時の応力の時間依存性も求めて図示せよ。ここで、緩和時間τ₀=η/Eを導入し、これは定数と仮定してよい。
２．フォークトモデルはバネとダッシュポトを並列につなげたものである。１の問題と同様に、クリープ・コンプライアンス測定における変形と応力緩和測定における応力を求めよ。

Aベストアンサー

歪ε、応力σ、バネの弾性率Ｅ、ダッシュポットの粘性ηとし、
それぞれの歪と応力を添え字f、dで表すと。
バネの応力　　　　　　σf =Eεf
ダッシュポットの応力 σd=ηdεd/dt

Maxwellモデル
合わせた変形εは　ε=εf +εd 、応力σは σ=σf=σd
変形の式を時間tで微分すると
dε/dt=dεf/dt + dεd/dt
したがって
dε/dt=(dσf/dt)/E +σd/η = (dσ/dt)/E +σ/η　　　（１）

Voigtモデル
合わせた応力σは　σ=σf +σd 、歪εは　ε=εf=εd
したがって
σ= Eεf +ηdεd/dt = Eε+ηdε/dt　　　　　　　　　（２）

Maxwellモデル
a) 応力一定σ=σo、クリープ現象。
（１）式は　dε/dt =σo/η
これを積分すれば、Ｃを積分定数として。
ε(t)=(σo/η) t+ C
εo=ε(0) = C で、σf =Eεf からσo=Eεoとなり
εo = σo /E
ε(t)= σo/E +(σo/η)t

バネの瞬間伸び＋ダッシュポットの時間に比例した直線的な伸びの和。

b) 歪一定ε=εo、応力緩和現象。
（１）式は dσ/dt = -σE/η
dσ/σ = -dt/τ　　　　　　τ=η/E
これを積分すれば、Ｃを積分定数として。
lnσ=-τt+ C
σ(t) = C’*exp(-t/τ)
σo= σ(0) = C’ より
σ(t) = σo*exp(-t/τ)

最初σoの応力が指数的に減少し、t=τ（緩和時間）後にはσo*1/eまで
減少する。

Voigtモデル
a)応力一定σ=σo、クリープ現象。
（２）式は　　σo = Eε+ηdε/dt
この微分方程式の解は、積分定数をＣとして
ε(t) = exp(-t/τ)((σo/η)∫exp(t/τ)dt + C)
= σo/E + C*exp(-t/τ)
t=0で歪は0であるから
0 = σo/E + C　　　つまり　　　C = -σo/E
ε(t) = σo/E (1 - exp(-t/τ))

最初0の歪は徐々に増加し、σo/Eで頭打ちになる。
b)歪一定ε=εo
（２）式は　dε/dt = 0 　より
σ(t)= Eεo
となり、バネだけの場合と同じになる(形式的には)。
（実際には、瞬時に変形を与えることはできない。σd=ηdε/dt→∞となる。）

歪ε、応力σ、バネの弾性率Ｅ、ダッシュポットの粘性ηとし、
それぞれの歪と応力を添え字f、dで表すと。
バネの応力　　　　　　σf =Eεf
ダッシュポットの応力 σd=ηdεd/dt

Maxwellモデル
合わせた変形εは　ε=εf +εd 、応力σは σ=σf=σd
変形の式を時間tで微分すると
dε/dt=dεf/dt + dεd/dt
したがって
dε/dt=(dσf/dt)/E +σd/η = (dσ/dt)/E +σ/η　　　（１）

Voigtモデル
合わせた応力σは　σ=σf +σd 、歪εは　ε=εf=εd
したがって
σ= Eεf +ηdεd/dt = Eε+ηdε/dt　　　　　　　　　（２）

Maxwellモデル
a) 応力一定...続きを読む

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Q融点とガラス転移温度の違い

融点とガラス転移温度の違いが良く理解できません。分かりやすく教えてください。

Aベストアンサー

高分子やってるものです。おそらく質問にでてくる融点は普通いわれている融点ではなく、高分子特有のTmといわれているほうの融点ですよね？
板ガムを考えていただけるとわかりやすいと思います。ガムってそのまんまだと引っ張ってもぶちぶちきれちゃいますよね？でも口の中でかむとひっぱっても伸びるようになります。この引っ張っても伸びる性質に変わる温度が高分子における融点です。次にガムを寒いところもしくは冷凍庫に入れてみてください。常温のガムは折り曲げてもたたまれるだけなのですが、低温におかれたガムを折り曲げようとすると割れてしまうと思います。このぱきぱきの状態になってしまう温度がガラス転移温度です。
食品保存容器とかラップに耐熱温度がかかれていると思いますが、よくみるとなぜか上と下の両方の温度限界がかかれていると思います。上の方の温度限界（融点）になると溶けてしまうのはまあ想像がつくのですが、下の方の温度限界（ガラス転移温度）になるとぱきぱきになって容器が割れてしまうので書かれているのです。

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Q電気分解に必要な電力について

　電気分解によって水を酸素と水素に分けるには、例えば水素1molを生成するのに何J、もしくは何W必要なのでしょうか？

Aベストアンサー

　電気分解に必要な「電力」といっても、条件によって違ってきます。分解する水溶液に１Ａの電流を流すのに何Ｖの電圧が必要かということは、水溶液の濃度や容器の形などで変わってくると思います。

　例えば水素１molを生成するのに必要な「電気量」なら、厳密に決まりますが、それを知りたいのではないのですか？

　もしそうだとすると、ファラデー定数（電気素量１[mol] の電気量は96500Ｃ）を使って求めることができます。水素はＨ2 なので、水素１molを生成するのに、電子が２mol必要になります。

　ちなみに、１Ａで１秒間電流を流すときの電気量が１Ｃです。

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Q電気化学（電極反応・バトラーフォルマー式）です。

よく理解できない問題があるので知恵を貸していだだければと思います。；；

問バトラー・フォルマー式について、この式で表される電極反応の電流と電圧の関係を図示せよ。（自分で設定した条件でよい）
また、上記の条件から反応の関与する酸化体の濃度だけが１０倍になった場合電流と電圧の関係はどのように変化するか。その変化は、バトラー・フォルマー式ではどのように説明されるか。

バトラーフォルマー式が
j=jo{exp((1-α)fn)-exp(-αfn)} jo：交換電流密度、n：過電圧
というのはわかるんですがグラフや↑の問題の変化がイメージできません。汗
どうか知恵をお貸しくださいm(__)m

Aベストアンサー

電流と電位 (「電圧」というのは適切な使い方ではない) の関係は，単にButler-Volmer式をグラフにするだけのことですが．ただ，そこに書いた式ではだめですけどね．結果として，Tafelプロットが直線になることを示せればいいのですよ．
電流が流れるためには，反応物がなければならないわけで，基本は j=nFkc なわけですよ．nは，過電圧じゃなくて移動電子数，kは不均一反応速度定数，cは表面での反応物濃度．kの電位依存性がButler-Volmer式の本質です．
そして，注意しなくてはならないのは，酸化体と還元体が受ける反応と電流の方向は違うということ．

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Qカチオンとアニオンとは？

最近、化学を勉強し始めました。
カチオンとアニオンが分かりません。
テキストにCN+アニオン、CN-カチオンとありますが、分からないため、それらの結合次数が求められません。
基礎かもしれませんが、どなたか教えてください。

Aベストアンサー

> カチオンとアニオンが分かりません。

　既に回答がありますが，カチオンとは (+) の電荷（正電荷）を持ったイオンの事です。日本語では「陽イオン」と言います。逆にアニオンは (-) の電荷（負電荷）を持ったイオンで「陰イオン」と言います。

　『最近、化学を勉強し始めました。』との事ですので，敢えて注意しておきますが，化学の用語で「プラスイオン」や「マイナスイオン」はありません。上記の様に「陽イオン」または「陰イオン」と言います。

> テキストにCN+アニオン、CN-カチオンとありますが、

　何か勘違いしていませんか？　でなければ，教科書が間違っています。「CN+」や「CN-」の「+」や「-」は正電荷を持っている事及び負電荷を持っている事を示していますから，「CN+」はカチオンで「CN-」はアニオンです。つまり，「CN+ カチオン」と「CN- アニオン」です。

> CNとCNカチオン、CNアニオンの結合次数を求めていますが、使用しているテキストには等核二原子分子しか記載されておらず、異核二原子分子は記載されていません。今求めています。
求め方は違うのでしょうか？

　等核２原子分子でも異核２原子分子でも考え方は同じはずです。同じ様に考えれば良いと思います。

> CN,CN+,CN-の結合次数と結合の強さを考えたかったのですが・・・。

　どの結合の結合次数と結合の強さでしょうか？　どういったレベルの話でしょうか？　『最近、化学を勉強し始めました。』との事から，勝手に「炭素・窒素間の結合」についての「初歩的レベルの話」と考えましたが・・・。

　そうであれば，「CN」，「CN+」，「CN-」で違いは無いと考えて良いと思います。それぞれの構造を考えてみれば解るかと思いますので，以下構造について説明しておきます。

　まず，炭素及び窒素原子の電子配置は，炭素：1s(↑↓), sp(↑), sp(↑), py(↑), pz(↑)，窒素：1s(↑↓), sp(↑↓), sp(↑), py(↑), pz(↑) となっています。

　ここで，両原子の 1s 軌道の電子は結合には関与しませんので考えなくても良いです。で，両原子の電子１個を有する sp 軌道を使って C-N のσ結合が出来ます。さらに，両原子の py 軌道同士，pz 軌道同士の重なりによってπ結合２つが生じます。結果，CN 間は３重結合になります。

　残った軌道と電子をみると，炭素原子には電子１個の sp 軌道が，窒素原子には電子２個（孤立電子対）の sp 軌道がそれぞれ残っています。炭素の sp 軌道は窒素原子とは反対側，窒素の sp 軌道は炭素原子とは反対側，をそれぞれ向いていますので，結合に関与することはできません。したがって，その電子状態を書くと　・Ｃ:::Ｎ:　となります。これが「CN」と書かれている構造です。ですので，より正確に書けば，炭素上の不対電子も示した「・CN」となります。

　この不対電子が存在する炭素の sp 軌道の電子を取り除いてやれば電子（負電荷）が１個減りますから -(-1) = +1 で「+」になります。これが「CN+」ですが，「+」電荷は炭素原子上にありますので「+CN」と書く方が正確です。

　さて，先の不対電子が存在する炭素の sp 軌道は電子を１個受け入れる事が可能です。ここに電子を受け入れた場合 +(-1) = -1 で「-」になります。これが「CN-」です。「-」電荷は炭素上にありますので「-CN」と書く方がより正確なのは先の「+CN」の場合と同じです。

　如何でしょうか。こうみれば「CN」も「CN+」も「CN-」もＣＮ間の結合に関しては同じですね。勿論，炭素の sp 軌道上の電子の数はＣＮ間の結合に影響が無いわけではありませんが，それを議論するのであれば『最近、化学を勉強し始めました』というレベルではないと思いますので・・・。

> カチオンとアニオンが分かりません。

　既に回答がありますが，カチオンとは (+) の電荷（正電荷）を持ったイオンの事です。日本語では「陽イオン」と言います。逆にアニオンは (-) の電荷（負電荷）を持ったイオンで「陰イオン」と言います。

　『最近、化学を勉強し始めました。』との事ですので，敢えて注意しておきますが，化学の用語で「プラスイオン」や「マイナスイオン」はありません。上記の様に「陽イオン」または「陰イオン」と言います。

> テキストにCN+アニオン、CN-カチオンとあります...続きを読む

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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。

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