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エタノールと水の混合液の粘度測定を行いました。エタノール重量濃度が40から50%で極大値を得る理由教えてください!

A 回答 (2件)

https://oshiete.goo.ne.jp/qa/180964.html
>水は極性分子なので、水素結合によりその体積を最小にしようというように分子同士が引き合っています。逆に熱運動により離れようとしています。これが、0℃~100℃までの液体の水の状態で、分子お互いの位置が自由に移動できて、体積が限られているものです。水に溶けるとは「水和する」ことです。物質のイオンや極性の部分が水の極性分子との静電気的な力で引き合い、水分子内に入り込む状態です。

イメージから書くと、水とアルコールの分子の形状、性質、大きさが違う立体の状態が関係します。実際には違う形ですが、球と三角錐などの集まりを混ぜる、隙間に入り込みますので、適当なところまでは合計の体積が減ったように見えます。その最大の割合、一番比重も上がるし、屈折率も変わる、粘性率も高くなる、移動がしにくくなる感じに近いかも知れません。

極性や分子の形の変形なども温度や濃度により変化しますので、液状のものの混ぜ合わせは興味深いものです。

砂と砂利を混ぜる関係、砂利の隙間に砂が均等に入り込むと、見た目の体積も変わる、一番隙間の少ないところが体積が減るし、比重が高くなる、移動がしにくくなるので、粘性が高くなるのもイメージしやすいかも知れません。実際には、温度も吸熱や発熱反応で変わるし、いろいろな条件を変えて実験されているし、実習で利用されるのがこの手の課題になります。
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濃度が少し高いですね

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Qメタノール

水の密度は約1。メタノールの密度は約0,8。なのに混ぜても比例関係にならないのはどうしてですか?
 他にも屈折率や粘性率は、水にメタノールを加えると高くなる。(だいたい40~50%ぐらいが一番高いです。)何故でしょう??教えてください!
 
 一応メタノールの -OH が水と関係してるとこまではなんとなく分かったんですけど・・・・おねがいします!

Aベストアンサー

 学生実験で行いました。以下のURLのようにピクノメーターを使用しました。
さて、hajime40さんの回答で十分だとは思いますが念のため。
水は極性分子なので、水素結合によりその体積を最小にしようというように分子同士が引き合っています。逆に熱運動により離れようとしています。これが、0℃~100℃までの液体の水の状態で、分子お互いの位置が自由に移動できて、体積が限られているものです。水に溶けるとは「水和する」ことです。物質のイオンや極性の部分が水の極性分子との静電気的な力で引き合い、水分子内に入り込む状態です。メタノールは水よりも大きな分子ですが、CH3-OHのメチル基(CH3-)部位は極性がありません。ヒドロキシル基(OH-)部分に極性があり、ここが親水基となります。酸素原子は電気陰性度が高く電子を吸引するので部分的にマイナスとなっています。水素部分は逆にプラスとなっています。アルコールのヒドロキシル基の部分に水素結合で水分子が集まっている状態です。疎水基のメチル基の部分はアルコールの疎水基のみと分子間力で集合します。かなり、まばらな状態にあるアルコール分子(疎水基の影響で)の中に水分子が入り込む状態がおわかりでしょうか。

参考URL:http://chem.sci.utsunomiya-u.ac.jp/v1n1/yoshimura/DT-5/Abstruct.html

 学生実験で行いました。以下のURLのようにピクノメーターを使用しました。
さて、hajime40さんの回答で十分だとは思いますが念のため。
水は極性分子なので、水素結合によりその体積を最小にしようというように分子同士が引き合っています。逆に熱運動により離れようとしています。これが、0℃~100℃までの液体の水の状態で、分子お互いの位置が自由に移動できて、体積が限られているものです。水に溶けるとは「水和する」ことです。物質のイオンや極性の部分が水の極性分子との静電気的な力で引き合い...続きを読む

Q水とメタノールの混合溶液では

水とメタノールの混合溶液について、屈折率、粘性率をしらべたところ、
メタノールの40~50wt%で値が最大となり、純水、純メタノール溶液
では、それに比べて、小さくなるのはなぜなのでしょうか?
分子論的な観点とマクロな観点からの考察をしていただきたいです。
よろしくおねがいします。

Aベストアンサー

全く同じ質問がなされています(下記のURLを参照)。

物理化学の成書で「部分モル量」をキーワードで調べれば,より詳しく書いてあると思います。

屈折率とは,光の伝搬速度が媒質内でどれだけ低下するかという割合を示す値なので,同じ物質で比較すると密度の高いときほど高屈折率になります。

参考URL:http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=180964

Q部分モル体積とは?

初めまして、bababanbanと申します。
物理化学を勉強していると、部分モル量や部分モル体積といった言葉をよく目にします。

部分モル体積とは何なのでしょう?
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宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

2成分A,Bからなる溶液を考えます。この溶液に成分Aを1モル加えたときの溶液の体積変化をAの部分モル体積といいます。ただし溶液はAを1モル加えても濃度の変化がないくらい多量にあるとします。これを用いると溶液にAをdnAモル、BをdnBモル加えた際の体積変化は以下のようになります。VAはAの部分モル体積です。
dV=VAdnA+VBdnB

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よく、教科書などに氷の結晶構造が記載されていると思いますが、その構造では、水素結合に基づく対称性のために、分子間の隙間が大きくなっています。
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そこに、アルコールが混入されますと、水-アルコール間の水素結合も形成されるようになり、水分子同士の水素結合が阻害され、水の構造における対称性が乱されることになります。その結果、水分子間にあった隙間が確保できなくなり、その分、体積の減少が起こるものと思われます。

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等吸収点が何故存在するか?
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どうかお願いします

Aベストアンサー

rei00 です。

> ランベルトベールの法則を理解したら、この法則から
> なぜ等吸収点が起こるのかがわかるはず

 この表現でしたらわかります。nantyatte さんは「ランベルトベールの法則」はわかりますか。入射光の強度 I0 と透過光の強度 I との比の対数が吸収物質の厚さ d に比例することを表わす「ランベルトの法則」と,溶液による光の吸収係数が濃度 c に依存する(chill さんがお書きの「吸光度は濃度に比例する」)ことを表わす「ベールの法則」を合わせたものです。つまり,log(I0/I) = εcd です。

 今,混合物中の化合物 A の混合比と吸光係数を α,εとし,化合物 B の混合比と吸光係数を β,ε' とし,全モル数を c,体積を v とすると,

  log(I0/I) = ε(αc/v)d + ε'(βc/v)d

 α + β = 1 ですから,
  log(I0/I) = (εα + ε'β)(c/v)d

 ここで『よく似た物質の場合』は,ε = ε' と考えられますから,
  log(I0/I) = (εα + εβ)(c/v)d
      = ε(α + β)(c/v)d
       = ε(c/v)d

 つまり,ト-タルでのモル濃度が変わらなければ,混合比に関係なく吸光度は一定になる事が示されました。

 いかがでしょうか。

rei00 です。

> ランベルトベールの法則を理解したら、この法則から
> なぜ等吸収点が起こるのかがわかるはず

 この表現でしたらわかります。nantyatte さんは「ランベルトベールの法則」はわかりますか。入射光の強度 I0 と透過光の強度 I との比の対数が吸収物質の厚さ d に比例することを表わす「ランベルトの法則」と,溶液による光の吸収係数が濃度 c に依存する(chill さんがお書きの「吸光度は濃度に比例する」)ことを表わす「ベールの法則」を合わせたものです。つまり,log(I0/I) = εcd です...続きを読む

Q部分モル体積

水100cm^3とメタノール100cm^3を混合してできる溶液は200cm^3ではなく190cm^3になる。このような2成分の混合溶液を考えるときは部分モル体積を考えるとよい。と、書いてあったのですが
1.部分モル体積にの持つ意味ってなんでっすか?
2.単位はcm^3/molだったと思うので1モルあたりの体積でいいのでしょうか?
3.例えば水の部分モル体積が16.56だった場合は1モルで16.56cm^3の体積になるってことですか?
4.理想溶液とは何ですか?

Aベストアンサー

1.部分モル体積
混合物の全体積をV,着目する成分の物質量をmとしたときの∂V/∂m.
式からわかるように,系が十分大きいとすればそこに着目成分を1mol追加したときの体積増加.あるいは,系に着目成分を微小量添加したときの体積増加を添加量1molあたりに換算したもの.

2.,3.
上の定義に戻ること.

> 4.理想溶液とは何ですか?
Raoult の法則が組成全域について成り立つものだけど,要するに溶質溶媒間に相互作用がないような系ということ.理想気体とは分子間相互作用がないことが前提にあるのと同様.

Q水和とクラスター構造について

水に水酸化ナトリウムを溶かしたときに体積減少するのは水和が理由だと思いますが、エタノールと水を混ぜるた場合にはクラスター構造が破壊されるから、と書いてありました。この違いはどういうことですか?水酸化ナトリウムの場合には後者の理由は関係ないのですか??

Aベストアンサー

水、エタノールのそれぞれのクラスター構造が破壊され、その濃度に応じた状況になります(新たな水素結合の形成など)。

水酸化ナトリウムの場合は、もともと固体であり、液体とは異なった状態で、全く同じ説明にはなりえません。
しかし、水の立場から言えば、クラスター構造が破壊されたとは言えるでしょう。もちろん、ナトリウムイオンへの水和もあります。

その辺を複合的に考察すればよいと思います。

Qアルコールの屈折率(とても困ってます!!)

大学の工学部で化学を勉強している一回生です。

分からないことがあるので質問させていただきます。

アルコールと屈折率の関係についてなんですが、アルコールの濃度を上げていくとき屈折率はどうなるか?って問題です。
0%は純水で、どんどんアルコールの濃度を100%まで上げていくわけです。

結果はエタノール、メタノールともに重量パーセントでいうと60~80%に最高点を記録し、100%(純アルコール)になると小さくなってしまうんです。
なので、縦軸に屈折率、横軸に重量%をとりグラフを書くと山形になるんです。

KCl水溶液で同じ実験をしたら直線になるんですが、アルコールではそうなりません。
おそらく水和の現象がからんでいると思うのですが、くわしく細かいことまで分からないんです。。
あと、密度も関係しているのかな…とも思うのですがどうでしょう?

長文の回答でいいので、教えてもらえませんか??

Aベストアンサー

塩化カリウムもアルコールも、水に溶解する以上はどちらも水和していますが、
それぞれの溶け方(混ざり方)の違いが、濃度に対する屈折率の変化の仕方の
違いとなって現れているものと思います。

・KCl/H2O:
 水分子間の空隙にカリウムイオン(K^+)と塩化物イオン(Cl^-)が入り込むような
 形で溶解
 →隙間が順次埋められていく形になるので、密度・屈折率とも直線的に上昇
   (但し、水分子が支えられるイオンの量に限界があるため、濃度に上限あり)

・MeOH/H2O,EtOH/H2O
 水が多い時は主にアルキル基が水分子の空隙に落ち込むような形で、
 逆の時は主にアルコール分子の空隙に水分子が入り込む形で、
 それぞれ溶解
→お互いの隙間を最も埋めあうような比率のとき、密度・屈折率とも極大値をとる
  (任意の割合で混ざり得るため、密度が極大になる比率を実際にとり得る)


なお、屈折率と密度は、一方が他方の原因になっているというよりは、上記の
ような「空間に対する詰まり方の違い」という同じ原因によって生じる現象です。
(「多くの原子・分子が詰まる」→「屈折率・密度が上昇」、と)


原子・分子が詰まると屈折率が上がることについては、「原子屈折・分子屈折」
という言葉について調べてみるとよいかと思います。
・・・って、近いうちに講義があるか、あったかもしれませんが(汗)

以下、参考として:
http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/masa/q04-11.htm#S012

塩化カリウムもアルコールも、水に溶解する以上はどちらも水和していますが、
それぞれの溶け方(混ざり方)の違いが、濃度に対する屈折率の変化の仕方の
違いとなって現れているものと思います。

・KCl/H2O:
 水分子間の空隙にカリウムイオン(K^+)と塩化物イオン(Cl^-)が入り込むような
 形で溶解
 →隙間が順次埋められていく形になるので、密度・屈折率とも直線的に上昇
   (但し、水分子が支えられるイオンの量に限界があるため、濃度に上限あり)

・MeOH/H2O,EtOH/H2O
 水が多い時は主にア...続きを読む


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