実験室でアボガドロ数を測定する方法
必要なもの
- 直流電源
- アリゲータクリップ付き接続線
- 亜鉛金属ストリップ
- 銅金属ストリップ
- 0.0001 gまで測定できる分析天秤
- スチールウール
- 1 M 硫酸（H₂SO₄）
- 250 ml ビーカー
- 実験用テープ（マスキングテープ）
- 安全ゴーグル
- ラテックスまたはニトリル手袋
- 電卓
- 70 % イソプロピルアルコール
- タイマー
手順
電解
- 銅ストリップと亜鉛ストリップをスチールウールでこすり、油分や酸化皮膜を除去する。清掃後はアルコールで拭き取り、自然乾燥させる。清掃後は皮膚に触れないようにする。
- 銅ストリップの質量を分析天秤で測定し、記録する。後の計算で使用する。
- 250 ml ビーカーに硫酸 200 ml を注ぐ。硫酸は非常に腐食性があるため、必ず保護具を着用し、取り扱いに注意する。
- アリゲータクリップで銅ストリップと亜鉛ストリップをそれぞれの接続線に取り付け、酸液中に入れる。テープで固定し、ストリップ同士やビーカーの壁に接触しないようにする。
- 接続線を直流電源に接続する。亜鉛側（カソード）は‑端子、銅側（アノード）は＋端子に接続する。
- 電源を 0.5 A に設定し、電解を開始する。開始時刻と終了時刻をタイマーで記録し、5〜10 分間継続する。
- 電源をオフにしたら銅ストリップを取り出し、自然乾燥させる。タオルで拭くと質量が変わるため絶対に行わない。完全に乾いたら再度質量を測定し、記録する。
アボガドロ数の計算
- 電解中に流れた電荷（クーロン）を求める。電流 (A) × 時間 (s) で算出する。例：0.5 A × 600 s = 3 000 C。
- 電子数を求める。クーロンを 1.602×10⁻¹⁹ C（1 電子の電荷）で除算する。3 000 C ÷ 1.602×10⁻¹⁹ C ≈ 1.873×10²² 個の電子。銅原子は電解時に 2 個の電子を放出するので、銅原子数は 1.873×10²² ÷ 2 ≈ 9.365×10²¹ 個。
- 銅の失われたモル数を求める。電解前後の質量差 (g) を銅の原子量 63.546 g mol⁻¹ で割る。例：0.0105 g の質量減少 → 0.0105 g ÷ 63.546 g mol⁻¹ ≈ 1.591×10⁻⁴ mol。
- 実験的アボガドロ数は、銅原子数を銅モル数で除算して求める。9.365×10²¹ ÷ 1.591×10⁻⁴ ≈ 5.9×10²³。