気体の状態方程式によるシクロヘキサンの分子量測定

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ダウンロード用フォーマットファイル　→　format_No.6：気体の状態方程式によるシクロヘキサンの分子量測定

「動　画」実践記録

No.6　様式指定レポート　　　※番号なし文字のみ！

学籍番号[　　　　]氏名[　　　　　　　]

※今回は実験Noteではなく、様式指定レポートとして期限までに提出する。

• 自然環境科学系のゼミ等で論文作成のための練習と考え取り組むこと。
• 指定した期日までに提出する。
• 本講座での推奨様式、記載例を＊印で付してあるので参考にする。
• このプリントのワードデータは、次のブログからダウンロード可能である。　→　「らくらく理科教室」-固定ページ「担当科目メニュー・シラバス等」-「化学基礎実験AB」…ダウンロード用ファイルとして「6：気体の状態方程式によるシクロヘキサンの分子量測定」というのがあるので、それをフォーマットファイルとして活用する。

＊『様　式』ダウンロードしたフォーマットファイルをそのまま使えば、詳細な設定は不要になる。

＊フォーマットファイルは、このプリントの内容と同様である。このプリントの教員の解説部分などをカットし、追記したりして、自分なりのオリジナル論文とすればよい。基本的に表紙作成の後、2ページ以降を活用することになる。

• ワープロで清書
  • 左とじ(裏表印刷不可)
  • 「レイアウト」→「ページ設定」(ワードの場合)：A4サイズ・2段組み・21文字46行・明朝体(英数字フォントはCentury可)12.0ポイント
  • 文字数と行数：余白上下15mm左右20㎜を入力後、「標準の文字数を使う」ボタンを押すと自動設定される。
  • ページの挿入：「挿入」→「ページ番号」→「ページ下部」　ただし、表紙は0ページまたはページを記載しない。
• 実験中に撮影した画像や参考になるデータを貼り付け、直筆でのスケッチも描きいれる。
• 記載項目：基本的に実験NOTEに従う。ただし、「使用器具と使用試薬は別々に記載」など、正式な論文形式に従う部分もあるので注意すること。
  • 「表　紙」0ページ：中央部分に『実験タイトル』のみ18ポイント文字

どんな研究に取り組んだのかがわかるように端的に表現する。必要な場合は、「～サブタイトル～」を付しても良い。

「実験実施日」「学籍番号」「氏名」「共同実験者」→　右下右寄せ

• 「目　的」：表題が示す実験の概要が理解しやすいように、短い文章でまとめる。
• 「実験理論」：実験の内容を構成する理論、物質名や反応機構、公式などもここにまとめて記載。実験後の考察の前提に必要な基本事項をここにまとめておく。
• 「準　備」：「使用器具」「使用試薬」を分け、それぞれの器具の使用方法や物質の性質について調べるとさらによい。
• 「操　作」：実際の手順に従い、第三者による追試がスムーズに実施できるように記載する。
• 「結　果」：実験のデータだけではなく、結果に至るまでの観察の経過や気になったこともここに記載しておく。
• 「考　察」：実験の結果から得られた科学的な知見を述べる。実験の種類が複数にわたる場合は、それぞれ分けて考察する。関連性の高い結果については「まとめ」を追加してもよい。
• 「参考文献等」：レポート作成にあたって、具体的に参考にした資料がある場合。

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提出レポート記載例

以下、指定様式としての記載例。あくまで作成例であり、そのまま写すのではなく、内容を要約したり拡張するなど工夫を加えること。特に、教員による指示は＊印でMSゴシック体で示してあるが、その部分はすべて削除すること。

提出期限：(　　/　　)

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「表　紙」

＊ここは単独ページ(0ページ)にする

「表　題」

気体の状態方程式によるシクロヘキサンの分子量測定

「氏名等」

＊右下に学籍番号・氏名・共同実験者・提出日等を記載する

…ここから1ページ…

「目　的」

気体の状態方程式によりシクロヘキサン C₆H₁₂ の分子量を求める

＊化学式は半角、数値と単位の間や物質名との間に半角スペースを入れる。化学式の前後など、文字が詰まる場合にも。

「概　説」

• 沸点が水によって温度を保つことが可能な範囲にある物質の場合、気体の状態方程式によって分子量を求めることが可能である。

 pV = nRT  

実験としては、気体の状態を一定気圧P・温度Tを保ち、その気圧の体積Vと質量m〔g〕がわかれば、物質量(n = m/M)から分子量M〔g/mol〕を求めることができる。

pV = (m/M)RT

＊物理定数や公式は斜体表記が基本

＊単位記号は、化学論文では〔　〕を用いる。他の分野では[ ]を用いることも多いが、化学では濃度を[H⁺]のように表しているので、混乱を避けるため〔　〕が用いられることが推奨されている。ただし、ワープロソフトの多くで〔　〕が全角表記になるため、数値との間の半角スペースを入れることは不要になる。

• 容器全体の質量m₁をあらかじめ計測しておく。気体となりやすい物質を容器に入れ、その成分がすべて気体となって容器の中に充満している状態(気体の状態方程式が成り立つ)を作り出す。余分の物質は、気化して容器の外部に出ていってしまうので、実際に気体になって充満していた物質の質量mは、実験後の容器全体の質量m₂から質量m₁を差し引いた値となる。

＊考え方を図説化する

容器内の物質の質量m = m₂ – m₁

• ただし、質量m₂はシクロヘキサンがすべて液化して体積0となると仮定している。実際には、シクロヘキサンはすべて液化するわけではなく、一部(蒸気圧分)が空気を追い出している。従って、その蒸気が占めている空気の質量m₃に相当する分を加えておく必要がある。(浮力の影響を排除)

正確には、  m = m₂  – m₁ + m₃

m₂ は、 空気の密度d×フラスコ容器v×シクロヘキサン蒸気の占める割合(シクロヘキサン蒸気圧/大気圧)で求まる。

・空気の密度d = 1.17 g/cm³

・フラスコ容器体積v = 100 mL(cm³)

・シクロヘキサン蒸気圧 p_CH = 1.2×10⁴ Pa

・大気圧p₀ = 1.01×10⁵ Pa

*上記の数値から1.39×10^-4 gと求まるが、精密電子天秤の精度では検出できないほど小さいため、実際の計算上では無視できると考察しておく。　→　この部分は「考察」で再度述べておくとレベルが上がる。

「準　備」

＊正式の論文では使用器具と試薬を別々に記載する！

【使用器具】

100 mL丸底フラスコ　アルミホイル(キャップ用)　精密電子天秤　スタンド　500 mLビーカー　温度計　1 mL駒込ピペット

【使用試薬】

シクロヘキサン C₆H₁₂ 約1 mL

「操　作」

• 100 mL丸底フラスコとアルミホイルのキャップホイルの合計質量m_１を精密電子天秤(設置台には樹脂リングを用いる)にて計測しておく。
• 丸底フラスコの保温槽をつくる。スタンド・500 mLビーカー水・温度計で構成する。
• 丸底フラスコに1 mL用駒込ピペットを用いてシクロヘキサン1 mLを入れる。アルミホイルのキャップをして、中央部分に小さなピンホールを空けておく。
• 水温を85-90 ℃に保ちそのときの温度 t ℃を計測する。
• 過剰なシクロヘキサンがピンホールから放出されたころを見計らって、フラスコをホイルがついたままの質量m₂を計測する

「工夫と注意・片付けなど」

• 過剰のシクロヘキサンが揮発してくるので換気を十分に行う。残液は、有機廃液の指定容器へ。
• 加温前と加温後のフラスコの状態が変わらない状況に保つ。

「観　察」

＊実験装置図

①実験の様子がわかるように図説する。実験の過程で起こったことや観察の記録も記載し、撮影画像は一枚以上貼りつける。

②観察の様子がわかるイラスト(手書きかドローソフトを使用)も一枚以上貼り付ける。

「結　果」

＊m_１やm₂ からm gを求める。お湯の温度 t ℃は？

「考　察」

＊ポイントを何点かに絞ってコンパクトにまとめる

1.*得られた数値m_１・m₂、大気圧P_O = 1.01×10⁵ Pa、お湯の温度t ℃、気体定数R ＝ 8.31×10³〔L・Pa／(K・mol)〕を用いて、気体の状態方程式pV = (m/M)RT を解く。シクロヘキサンの分子量Mを計算値として求めること。ただし、計算の過程も残し、最終的には有効数値3ケタにまとめる。

2.*参考資料の分子量のデータの数値と比較して、実験値との差異について考察する。実験操作のどの部分がどうであったか、そうなるとこういう結果になり得る、などを考察する。

*考察のヒント

フラスコ内のシクロヘキサンはすべて気体となっていることを前提にして気体の状態方程式pV = (m/M)RTが成り立つ。しかし、…

• 過剰のシクロヘキサンが気体となってフラスコ外に出てから質量を計測したはず。しかし、加熱時間が短かったり、フラスコ内の温度が十分に上がらかったとすればどういうことが起こると考えられる？
• m₂計測時にアルミホイル部分にまだ水滴が付着していたとするとどうなる？
• 実験に時間をかけすぎて、その間にシクロヘキサンがアルミホイル横から過剰に漏れ出して、空気が入り込んだとすればどうなる？

…いずれの場合も、単なる感想や「思い」ではなく、具体的な数値を示して検討を加える。例えば、もし質量の計測値に1 %や0.01 gのプラス誤差があったとすれば、計算値はこのようになる…など。特に、実験操作が下手で失敗したからとかは×！　それなら、もっと上手になるように訓練して、再実験すればよいだろう、ということになる。

「参考文献等」

*最後に、レポート作成にあたって、具体的に参考にした資料を記載する。

著作者,文献の書名,出版社名,出版西暦年,巻号,該当のページ.　の順で書くことになっている。

例：紫式部,源氏物語,道長株式会社,1015,18,pp.23-35.

例：色素分析データ,秘密結社,http://sciyoji.site/(2018.4月現在)

*年間・月刊誌の場合は、タイトルの直後にそのまま巻や西暦をつなげる場合(源氏物語　八巻1015)もある。区切って、巻・号など数値が続く場合は、斜体やフォントを分けたりすることもある。該当ページのみなら「p.27.」に、複数にわたる場合は「pp.」ページポジション、つまり何ページから何ページまでを記載(pp.自体を省略することも多い)。項目の区切りは「,」で、最後は「.」で閉じる。

*webサイトからの参考も次第に許容されるようになっている。ただし、自由に書き換えができるケースが多いので、信頼性に欠けるという考えが基本にある。図や表については、積極的に引用しても良いが、その時点の年・月を付しておくと良い。