濃度の使い分け

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質問者：tapingu
質問日時：2003/02/10 16:02
回答数：5件

　だいたい、水溶液の濃度を表すときモル濃度（ｍol／ｌ）を使うことって多いですよね。
でも沸点上昇や凝固点降下、浸透圧を考えるときは質量モル濃度(mol／kg）を使って考えますよね。
これってどうして使い分けるのでしょうか。モル濃度と質量モル濃度ではどういった違いがあるのですか？
教えてください。

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回答 (5件)

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No.3ベストアンサー

回答者： pricedown
回答日時：2003/02/10 16:58

溶媒の種類と濃度単位は一切関係ありません。

凝固点効果や浸透圧を測定する際に質量モル濃度を用いる理由解は、この濃度を用いたほうが計算がしやすいからです。詳しくは物理化学の教科書などで各式を導出する項目を読んでみて下さい。

モル濃度を強引に用いようとすると、その都度、比重を求めなければなりません。比重は温度によって変化しますから、実際の測定は非常に面倒なものになるでしょう。

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No.5

回答者： composer
回答日時：2003/02/11 14:28

ラウール則とは、性質の似た揮発性物質の混合液について成り立つ式で、物質αのモル分率をＡ、物質βのモル分率Ｂ、この温度における純粋なαの蒸気圧をＰao、純粋なβの蒸気圧をＰbo、とするとき、混合液の蒸気圧Ｐ＝ＡPao×ＢPboが成り立つという法則です。

ここで、βが不揮発性物質（溶質）だとすると、蒸気圧はほぼ0とみなせるので、溶液の蒸気圧は、Ｐ＝ＡPaoと表せる。
ここで、
「A＝１ーB」より、Ｐ＝（１ーB）Pao
ここで、混合液の蒸気圧Ｐと純溶媒αの蒸気圧の差ΔＰは
ΔＰ＝ＢＰao となる。
ここで、αのモル数ｎa。βのモル数ｎbとすると
Ｂ＝ｎb／ｎa+ｎb
希薄溶液の場合ｎa≫ｎbの近似が使えて、
Ｂ＝ｎb／ｎaとなるので、
ΔＰ＝ｎbＰao／ｎa
αの分子量ＭＡ、質量ＷＡ（ｇ）。βの分子量ＭＢ、質量ＷＢ（ｇ）とすると、
ΔＰ＝ＷＢＭＡ／ＭＢＷＡ・Ｐao
ここで式変形
ΔＰ＝ＷＢ／ＭＢ×1000／ＷＡ×ＭＡ／1000×Ｐao...(1)

「1000ＷＢ／ＭＢＷＡ」は溶質の質量モル濃度。（残りは温度によって変わる＝温度普遍では定数）
もしここで、モル濃度を使って表すならば、溶媒の密度をＤとして、α１mol当たりの体積は、MA／1000Ｄ（L）
∴na(mol)の体積はnaMA／1000D
∴この溶液のモル濃度Cは
C=1000ｎbD／ｎaMA
ここで、ΔＰ＝ｎbＰao／ｎaより、２つの式からna,nb消去
C=1000ΔP・D／Pao・MA
∴ΔP＝Pao・MA・C／1000D...(2)
ここで、Paoは温度普遍で定数。MAは溶質特有の値。
しかし、(1)では変数１つ（質量モル濃度）に対して、(2)は変数２つ（密度とモル濃度）
よって、(1)のほうが、計算しやすい。また、変数（質量モル濃度）に対して一次関数的に増加するきれいな形になる。

よって、蒸気圧降下（沸点上昇）を考えるときは質量モル濃度をつかうのがベターである。

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No.4

回答者： composer
回答日時：2003/02/11 13:11

>どういった違いがあるのですか？

見たまんまです。モル濃度は『mol/L』つまり溶液１Ｌ当たりに溶質が何mol含まれるかということを表す単位です。『mol/kg』は溶媒１kgに何molの溶質を溶かしているのか。という単位です。
（微妙に違うかも）
＞これってどうして使い分けるのでしょうか。
もともとの「定義」の問題です。普通、凝固点降下などは溶媒１Ｌ当たりではなく１kg当たりで考えます。また、
「Δt=Kfm」という式のように、質量モル濃度に比例するという関係があるので、「式及び計算の簡略化の観点からも、モル濃度を使うより質量モル濃度を使うのが好ましい」と言う理由で質量モル濃度を使います。
具体的にやってみましょう。
ここで、ラウール則からの式変形で蒸気圧降下（＝沸点上昇ですよね）をかんがえてみます。
・・・長くなるのでいったん切ります。

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No.2

回答者： energy
回答日時：2003/02/10 16:56

「濃度」というのは、「混合物の中に着目している物質が基準量に対してどれだけ含まれているか」を示したものですので、使用目的に応じて使いやすいものを使うのが基本だと思います。

沸点上昇や凝固点降下の場合、モル沸点上昇やモル凝固点降下が「度・kg/mol」で示される定数のため、質量モル濃度を用いています。
温度を上下させたり、温度が関係するような場合は体積ベースより質量ベースの方が安心ですよね。
以上、雑ぱくですが。でも、浸透圧なんかはモル濃度を普通は使いませんでしたっけ？

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No.1

回答者： Hermet
回答日時：2003/02/10 16:09

つまり、溶媒が水であるか、その他の溶液なのかで使い分けてると思います。

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通常、脱水作用というのは『化合物中、もしくは化合物同士の反応時に、その化合物中のHとOを水分子H2Oとして奪う性質とその反応作用』のことを言います。

では、どういう反応なのか？を、以下に例を挙げてみます。
--------------------------------------------------
１）砂糖・ショ糖(スクロース)、デンプン、紙・木材(繊維＝セルロース)などの炭水化物に濃硫酸を加えると脱水して炭化します。
　　C12H22O11→12C＋11H2O
　　C6H12O6→6C＋6H2O
　　C6H12O5→6C＋5H2O
２）エタノールに濃硫酸を加えて熱すると、温度の違いによってエチレン又はエチルエーテルが生じます。
　　C2H5OH→C2H4＋H2O　〔160度で生成〕
　　C2H5OH＋C2H5OH→C2H5OC2H5＋H2O　〔130度で生成〕
３）蟻酸HCOOHに濃硫酸を加えて熱すると、一酸化炭素が生じます。
　　HCOOH→CO＋H2O
　　　※この反応では、濃硫酸は触媒の働きをしていると考えてよいです。
４）シュウ酸(COOH)2に濃硫酸を加えて熱すると、一酸化炭素が生じます。
　　(COOH)2→CO2＋CO＋H2O
--------------------------------------------------
１）は濃硫酸の「脱水作用」を説明するのに、砂糖・デンプンなどの白いものが炭化によって黒くなることで目で確認できる実験と言う事でよく引用されます。
２）は高校化学の有機化学の範囲では必須の内容ですので、もしmk278さんが高校生や予備校生などでしたら是非覚えておきましょう。
あと、３）４）は一酸化炭素の実験室的製法としてよく知られています。
--------------------------------------------------
以上の各矢印の下部には(H2SO4)と書かれていると思って下さい。
即ち、直接反応するというよりも３）の反応と同様に触媒の様な働き方をしていますので、化学反応式上ではH2SO4自体は現れません。
（電子式などで表記すればよいのでしょうが、なかなかネット上でテキストで表現するのは難しいですね．．．）

尚、１）～４）とも反応後(式では右辺)の物質にH2Oがありますが、いずれもH2SO4の吸湿作用によってH2SO4自体と結合してしまいます。
H2SO4は水上気圧が極めて小さく、大気中で放置すると空気中の水蒸気を吸収することになります。この吸湿性の高さからよく「乾燥剤」として利用されます。
但し、濃硫酸と反応しやすいアンモニア(NH3)、硫化硫黄(H2S)、二酸化硫黄(SO2)などに対しては乾燥に利用できません。固体の乾燥に使う場合にはデシケーターという器具を用います。

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