質問: 食塩水と砂糖水の体積について 食塩と砂糖とを水に溶かした時の、溶液全体の体積変化について質問があります。 例を1つ挙げさせていただくと・・・ 2つのビーカーに87gずつの水を用意し、食塩水と砂糖水を それぞれ13gずつ溶かします。(質量パーセント濃度13%) それぞれにじゃがいもを放り込むと、食塩水側ではジャガイモは浮き、 砂糖水側ではジャガイモはビーカー底に沈んでいます。 これは、砂糖水の方が体積が大きいために、同じ100gであっても 密度が食塩水より小さくなるためだと思います。 その原因を教えてください。 少し考えてみたのですが、塩化ナトリウムは電離して粒1個ずつに バラけるのに対して、砂糖の粒は炭素や水素原子がいくつか 集まっていて、例えばドーナツみたいに真ん中に空洞ができてて、 体積が大きくなるような感じでしょうか? いちおう高校はでたのですが、ココまでしか考えが及びません・・・。 たったこの理由だけでそんなに大きく差が出るのかが疑問です。 目に見えるほどの体積差が出るのでしょうか・・・? ジャガイモの密度は、運よくこの2つの水溶液の密度の間なんでしょうか・・・。 多少こまごまとした値が出ても、頑張って読みますので、 詳しい方、お暇でしたらお教えください・・・。 よろしくお願いいたしますmm
回答: 密度に違いがあったということですが 結構微妙なものではないか問い思います。 水ではやって見られましたか。 基準になります。 食塩水、砂糖水の調整のチェックにもなります。 (溶けきっていないという場合がよくあります) 化学便覧に食塩水の濃度が載っていました。 10% 1.069g/cm^3 12% 1.084 14% 1.099 砂糖水の密度は載っていませんでした。 検索しているうちに10%ショ糖溶液で1.06という数字を見つけました。10%食塩水とほとんど同じです。 元の物質の密度の違いはほとんど現れていません。 (ショ糖水溶液の濃度と密度の表、ご存知の方がおられましたらお願いします。) #3に >ショ糖であっても水にそれなりに溶けるからには水とそれなりに引き合います。 ただし、引き合う箇所は少ないので、水同士ほどの引力は働きません。 >これは例えばメタノールを水に溶かした場合などを考えるとより分かりやすいかもしれません。 ショ糖は水によく溶けます。「それなりに溶ける」というレベルではありません。水100gに20°Cで204g、45°Cで245gです。 「高校生に砂糖と塩とどちらが水によく溶けるか」と質問すると「塩の方がよく溶ける」という方が多数派になります。砂糖はあまり水に溶けないと思われているようです。 「引き合う箇所が少ない」と考えるのは間違いです。11個のoのうち8個が-ohを作っています。そのohが全てむき出しです。水素結合の能力のかなり高い物質です。 氷砂糖のような硬い結晶を作るのは水素結合によるものです。輪が2つもある構造の有機物で密度が1.6g/cm^3もあるのは分子間の結合が強いからです。 c2h402の酢酸とc6h12o6のグルコースで密度を比べてもらうと分子間の結合に違いのあることがわかります。 エタノールとの比較は出来ません。( )-ohではダメなのです。 エタノールの密度は0.79g/cm^3です。極性はありますが分子間力は水よりもかなり弱い物質です。 #2に >一方蔗糖を水に溶かす場合にはこの様な電気的効果は生じません。体積は溶媒と溶質の排除する空間の大きさの和です。 この様な効果により「電解質溶液」の密度は大きくなります。 極性の弱い物質を溶かしている場合については当てはまるだろうと思います。でも糖類や有機酸、アルコールの場合は一概に言えないのではないでしょうか。同じような効果が存在するが程度が異なるというだけの様な気がします。 酢酸の密度は1.049g/cm^3です。水とあまり変わりません。 酢酸水溶液の濃度が化学便覧に載っています。45%~100%の範囲で密度が1.049g/cm^3よりも大きくなります。最大値は1.065g/cm^3です。10%の食塩水に近い値です。体積の収縮が起こっています。体積の収縮は水-エタノールの場合でも起こります。 ショ糖でもおこっているかもしれません。 体積の排除効果があるとすると周りの水の収縮がそれを打ち消すだけは起こっているということになります。 とにかく密度の違いは微妙なものだという気がします。 ひとつの理由では説明できない可能性があります。 #1、#2はともに理由のひとつになるでしょう。