質問: 凝固点降下 凝固点降下についての質問です。 純水(10ml)に尿素(0.6g)または塩化ナトリウム(0.3g)を少量とかして試験管にいれ、 氷に粗製食塩を加えたものの中に入れて凝固点を測定するという 実験なんですが、 (1)グラフから凝固点を求めようとしているのですがどこを読めばいいのかわかりません。どうやって考えたらいいのでしょうか? (2)凝固点から尿素と食塩の分子量(式量)を求めるのですが、 この値は一般にどちら(理論値より大きいか小さいか)にかたよるのでしょうか? また、その理由も教えてください(実験時の誤差は除く) お願いします。
回答: (1) 値を読む場所としては、以下の参考urlで図示されているように、「液体時の線」と 「凝固中の線の延長線」の交点(「冷却曲線と凝固点」のグラフのa点)、になります; http://www2.yamamura.ac.jp/chemistry/chapter2/lecture8/lect2081.html (ページ中程の「2.冷却曲線と凝固点降下」の章を参照) 「どうやって考えたらいい」かは・・・考えると、かなり難しい気がしますが(汗)、 「過冷却中に放出される熱と、その放熱の時間」を、「過冷却が起こらなかった場合に 放出される熱と、その放熱の時間」を「等しいとみなす」ことにより、上記の交点を 「過冷却が起こらなければ、最初に凝固が始まったはずの温度」と考えてもいいだろう、 ということだと思います。 (2) どちらかというと、「結果がどちらにずれたか」を見て、それを元に原因を考えたい ところですが、敢えて「偏りやすいとしたらどちらか」を推測すると・・・ 「凝固中の温度が右下がりの直線になる」というのは、凝固部分は純粋な溶媒(今回の 場合は水)のみで、溶質はまだ液体状態の部分に残される(=濃縮される)、ことによります。 ここで、もし、「濃縮によって、凝固部分にも溶質が取り込まれるようになる」という事態が 起こったとすれば、凝固が進むにつれて、濃縮の速度が遅くなるため、凝固点降下の 仕方が緩やかになり、温度変化は直線ではなくなって、極端にいうと下に凸の曲線に なります。 従って、上記のような場合を考えるなら、直線の場合よりもグラフの交点は下になり、 凝固点降下(δt)は大きくなるので、 δt = km (上記urlの説明を参照) から、モル濃度mも大きくなります。 一方、溶かした質量は一定なので、結果として分子量(式量)は小さくなる、ことになります。 (なお、過冷却から一気に凝固したときにだけ溶質が取り込まれる、という場合を考えると、 上とは逆の結果が予想されることに・・・(汗))