アボガドロ定数の算出実験

質問

ステアリン酸の単分子膜を用いてアボガドロ定数の概数を算出する実験を行ったのですが、
　その際、ステアリン酸にベンゼン容液を加えました。
　　この場合のベンゼンの役割を教えて頂けないでしょうか。

回答No.2

htms42

前の質問に回答を書きましたのでこの質問にも少しコメントを書きます。

前の質問には私のやった経験からの推測で書いた部分がかなりあります。
私は目で見ることが出来ない小さな分子の大きさや数はどうやれば分かるのかという問題意識でやりました。当然大きさに対する情報はないものとしています。＃１の参考ＵＲＬにあるようにステアリン酸の断面積が２．２×１０^(－１５)ｃｍ２（隣の分子との距離は４．７×１０^(－８)ｃｍ）などということは分かっていません。（私がやった時からかなり時間がたっています。実験の考え方が変わってしまっているようです。）
当たらずとも遠からずの判断で大きさ、形を推測したのです。
アボガドロ数は１０^２４というとんでもないなく大きな値ですから１０^２３でも１０^２５でも求まったというだけでもすごいことだという考えです。ぺランの当時の測定でも異なる測定方法での数字の一致は６×１０^２３ですから。物差しでは測ることの出来ない分子の大きさをどうやって推測したのかというのも実験で知りたいことの１つでした。

その時に使ったのが単分子膜です。膜の厚さから分子の長さが分かります。前の質問での回答で膜の厚さはいくらになったかと訊いたのはそのためです。
マッチ棒のような形だとしても比率が分かりません。軸の長さが分かったのですから軸の太さの長さに対する比率は適当に仮定します。第一近似は１：１の比率です。１：５ぐらいがいいのかも知れません。これでやっと分子１つあたりの断面積が求められることになります。
膜厚を求める時には元の体積が必要です。私はオレイン酸を使いました。常温で液体ですから体積を求めやすいのです。それをエタノールで希釈して使いました。（常温で固体のステアリン酸であれば質量の測定の方が楽です。密度を使って体積を出す事になります。）
＃１の参考ＵＲＬでは膜厚は求めていません。膜の面積だけです。

＃１の参考ＵＲＬの１番目ではベンゼンを使っています。ベンゼンが全て蒸発してしまっていることが前提です。ベンゼンの蒸気は有毒ですからこういう実験はあまりよくないと思います。高校での各班で行う実験はドラフトを使うことが出来ないと思いますからちょっと心配なことです。
ベンゼンは水に溶けませんのでベンゼンとステアリン酸の混ざったものが水面上に広がります。ベンゼンが蒸発すれば徐々にステアリン酸がくっついてくる事になります。でもある程度蒸発すればステアリン酸のタテに並んだ棒の間にベンゼンが閉じ込められて残るということが起こりそうです。その分面積が大きい目に出ます。決まった断面積で考えるのですからアボガドロ数は大きくなります。
液面に広がっているベンゼンが蒸発してしまうのにどれくらいの時間がかかるのかの測定はやったことがありませんので分かりません。
＃１の参考ＵＲＬの２番目ではエタノールを使っています。エタノールは水に溶けますから表面にステアリン酸だけが残ります。蒸発も起こるでしょうが水に溶けることによってより速くエタノールが除かれると思います。（このＵＲＬの中ではエタノールも蒸発で除かれるとしています。ベンゼンを使った実験書の孫引きではないかなと思います。）

ついでです。
ステアリン酸は常温で固体ですので
＃１に書かれている
＞ステアリン酸一滴でも分子数は莫大なので、それを水面に落とすと、その広がりはものすごく広くなります。
ということは実現出来ません。これは液体の時のイメージですね。

お礼

わかりやすい解説ありがとうございます。

確かに、ベンゼンが完全に蒸発していない場合があると気づくことができました。

回答No.1

BookerL

ステアリン酸一滴でも分子数は莫大なので、それを水面に落とすと、その広がりはものすごく広くなります。そこで、ステアリン酸を何かに溶かして、一滴に含まれるステアリン酸が少なくなるようにします。
　溶媒は、ステアリン酸を溶かし、かつ、水面に落ちた後は油のように広がって残らない物が適当です。
　ベンゼンは蒸発しやすいので、この目的にかなうので使われます。

＞ステアリン酸にベンゼン容液を加えました

　とのことですが、「ベンゼンにステアリン酸を加えた」という感じではないでしょうか。普通ベンゼン 1000ml にステアリン酸 0.3g というような割合で使われるようです。

http://s-mac-p92.sap.hokkyodai.ac.jp/info/ex1/text/PDF/Avogadro.pdf

　ベンゼンの代わりにエタノールを使ってもできるようです。

http://www.tg.rim.or.jp/~kanai/chemist/chemexp/chemex01.pdf

お礼

わかりやすい回答、ありがとうございました。