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電位差滴定により弱酸および両性電解質の濃度分析

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Academic year: 2021

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(1)Title. 電位差滴定により弱酸および両性電解質の濃度分析. Author(s). 鷲塚, 重成. Citation. 北海道教育大学紀要. 第二部. A, 数学・物理学・化学・工学編, 30(2) : 233-248. Issue Date. 1980-03. URL. http://s-ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/6043. Rights. Hokkaido University of Education.

(2)    . 北海道教育大学紀要(第2部A) 第3 0巻 第2号. 昭和55年3月. lo fHokka idoUn ive i fEduca i Sec i t t l t J IA)Vo r na r s on( on l ou yo ,30 .2 ,No. Ma 9 80 r ch ,1. 電位差滴定による弱酸および両性電解質の濃度分析. 鷲. 塚. 重. 成. 北海道教育大学旭川分校化学教室. ConCentrat ion Analys is of 帆r idsand A mPholyte from Potent iomet ic eak Ac r Data wi ion Technique th Stepwise Addit Sh igena iV/ASHIZUKA r Chemica ILabo ≧ u ] ikawa Co t l l ido Un iver ra i ory i tyofEduca ege t s on ,As ,Hokka , As ikawa 070 ah. Abstract Linearequat ions ba l ions o fthe ac sed uPon mo id‐ e balance relationships, proton condit base i ionsystems and s t t i l i l ibr tab ty equi ium of weak ac rat idsare devel l iso f opedforthe precisear 1a ys ,. thespeciesinthepotentiometric determination ofmono‐and d iprot ic weak acidsand ampholyte, ,. A mic ibed whi ro program calculatortechniquei inearregresslon s descr ch depends on thel lys is by Newton‐Raphsods method The t ana i ion is carried out by s t t i ionsof tepwi ra t se add . lumeso ftitrantforevaluating t i ion data equalvo trat ,. 電位差滴定は滴定液の添加容量に対し電位を測定し, 反応の進行経過を知るとともに 滴定の終 , 点を検出する有用な分析方法 である.酸塩基電位差滴定 では電位に対応するpH を測定すれば 反応 , 系の平衡に関するより具体的な情報が得られるので,通常 pH がプロ ッ トされる 滴定曲線が当量点 . に対し対称となるとき曲線はいわゆるS字型となり, 当量点は電位変曲点‘ こ見出される. Gr anは, S字型曲線を当量点 で交わる二直線に変換するSのr ens enの方法をさらに発展させ, 強酸弱酸の強 塩基による滴定のほか, 多価イオンの沈殿滴定, 錯滴定, 酸化還元滴定の滴定曲線の直線化に拡張 ) した1 .. } 強酸の Gr Gr an法は満定分析として興味ある方法で,終点の検出の容易であること2 an法の誤差 , 3 ) に関する研究 も報告され, さらにイオン選択性電極 の開発により注目されるに至っ た Johans s on . ) 酸塩基反応系の平衡から関係式を導き Gr は Gr an プロ ッ トの自動記録を試みた4 . , an法と異なる滴 9 1 2 ∼ 8 2 ∼ } これらは グラフ上 で当量点を求める また化学計算に ’ 定曲線の直線化の研究も行なわれた5 . . コンピュ ーター が導入され, 溶液の平衡計算に関する多彩なデータ処理が可能となり 電位差滴定 , 1 1 7 ∼ ) における酸の濃度分析を能率的に行なう研究がなされた1 (2 3 ) 3.

(3)    . 鷲. 塚. 重. 成. た )=′(の で表 ‐PH P H )=′(の 弱酸について V1o( た ‐ ( an 関数は (%+ の 10 当量点前で強酸の Gr , P H ) =/(の で表わされる 強酸の滴定では酸性側 で(柘+ −″ ( 麦{ ま(%+ の10 わされる. 当量点そ . の [H] 対 Vプロ ッ トは直線と なる. こ・で % は酸溶液の初期容量, Vは滴定液アルカリの添加 ′ an関 数の利点は [H] の絶対 容量である.々 ,々 は活量因子を含む定数で滴定中一 定に保たれる.Cr t× [H] を V に t s an 値を測定する必要のないこと で, (%+ の [H] の代りに (%+ の ×con. 対し プロ ッ トすれば, 充分に正確な当 量点が得られる. しかし弱酸について VXconstantX [H] を Vに対しプロ ッ トしても, 酸の生成定数の大きさによっ ては当 量点に至る全範囲で直線とならな し、. 4 ) は 弱 酸 の 滴 定 反 応 系 の 平 衡に お け る 酸 の 物 質 収 支, プ ロ トン 条 件 2 8 ) johansson2 i l 1 lngman と St ,. Aは一塩基 およ び酸の生成定数から滴定の 全領域で近似のない完全な (1) 式を導いた. こ・でKH 酸の生成定数, Cは滴定液アルカリの濃度, 偽 はアルカリ溶液の当量点まで添加 した容 量である. (1)式右辺を Vに対して プロ ッ トすれば, 当量点前後 でそれぞれ直線となり, 直線と V軸との交 an関数式の適 ogにH 点より当量点 偽 を得る. 著者はl A≦ 7の各酸について (1) 式を検討し, Gr 3 0 ) 用 できない酸についても, 直線回帰計算により当 量点の得られることを実験により確かめた .. (y y)( ) ・十K一日] H H OHD( [ た− た & 遁 日]+ oき. (1). an 式各項の 蔭 への寄与の程度を算出して Gr 弱酸の濃 度分析を非線型最小 二乗法によっ て解析する滴定理論につ. Johansson らは酸の生成定数と初濃度による (1). 関数の適用 限界を明らかにし, 5 ) さらに 二種の一塩基酸の混合酸, 二塩基酸, 弱酸とその共役塩基, 両性電解質に滴 いて述 べた2 . 7 ) 電位差滴定法は新 しい 6 } こ れ ら の 酸 に つ い てlngman らは自動 分析を行なっ た2 定 理 論 を 拡 張 し2 . , イオン選択性 電極の開発とともに最近 では装置の自動化が進められ, 計算機制 御による滴定の全操 2 8 ) 作およ びデータ処理の全自動化を試みる報文 もみられる . その結果, 能率的で精 度の向上も期待 されるが, 弱酸の 分析では酸の生成定数が影響し濃度分析は複雑となる. これらの実施には装置自 体の問題もあるが, 複雑な最小 二乗プロ グラムの導入を必要とする. 1 )および両性電解質9の について, 電位差滴定操 作は通常法によっ 2 ) 二塩基酸3 本報文は一塩基酸3 , て行ない, そのデータ処理は プロ グラム計算機を使用 して濃度分析を行なっ たものである. 計算機 の性能より数値解析に制約を受けるが, 酸濃度の分析法として充分な精 度が得られた. 弱酸溶液の 滴定反応系の平衡より, 弱酸の初濃度および水素イオン濃度の誤差係数を未知 量とする二変数関数 ‐Raphson 法 に よ っ て 酸 濃 度 を 求 め た. 式 を 導 き, NeWton. 理. 論. 一塩基酸 生成定数 KH “とすれば, 酸の物質収支は Aの一塩 基酸 HA の分析濃度を C (2). − HA]+[ A] C =[. で与 え ら れ, H20,HA を参照 プロトン準 位として プロトン条件より. (3). OH汁 区] 陸]=旧]−[ ) (2 34 、.

(4)    . 弱酸および両性電解質の電位差満定. ‐ は次式 で与えられ となる。 簡単のためイオ ン電荷は省略する. K るから, H A. (4). (3) , (4) 式を (2) 式に代入して整理すれば C r (1十 KH )=o A[HD([H]−[OH]+[K]. (5). を得る.こ)で酸の初濃度を Co A 日 , 初期容量を 柘 とし, 標準溶液アルカリの濃度を C 添加容量を Vとすれば. c ‐慕 等, “. [ KF 諸. (6). であるから (5) 式より , 罷A [日] ){ α“−( (・十. )[H]+ 矛. 一. (7). 但し滴定は酸性領域 で行なわれるから [H] に対して [OH] を無視した. 生成定数を求めるには (7) 式を変形して. ( ・十 洗) [ H]+ 苓 −αA− 踊 H] { ( ・十. 1H]十 帯 }. (8). とお き, % =C長Aー ”H A尤ご , (ズニ1 ,…n) ,2. (9). で表わす。 V ,PH のn個のデータ対より pHを [H] に変換し,n組の(9)式の直線回帰計算で KH A を求める.. 二塩基酸 逐次生成定数 に . ,K2の二塩基酸 H2A の分析濃度を Caとすれば, 酸の物 質収支は = H2A C“ ]+[ HA]+い] a=[. (10). で与 え ら れ, H2A,H20 を参照プロトン準位と してプロトン条件より =[ − OH HA]+2 A]= [ [ Hト[ ]+医]. (11). を 得 る. 忙し 冗2 は次式 で与えられるから. KF 嵩 詩,. 膨 編 曲. ( 1 2 ). (11 ) 2 ) 式を (10 ) 式に代入して整理すれば, , (1. (2 35 ).

(5)      . 鷲. 塚. 重. 成. 2十K.[H]十1 日] K K[ )=o o日]+[K] ) ( [日]−[ C。一( 2 ,K [H]+2 ,. ) (13. 3 ) 式を次式のように変形する. となる. (1. ー 日←[ K一 o日]+[ [ ( ・十 竪 細書ギテ ) G‐(. 触). 濃度を C 添加 容量を こ・ で二塩 基酸の初濃度を C彰A 初期容量を % とし, 標準溶液アルカリの Vとすれば. o G− 帯辛彰A ,. KF 斎 [. (15). 4 ) 式は と表わされるから, (1. = } 手デ *・ 守 )帥 夢 十器 ・ 十誓紐早 f(. ) 6. CO “. 求めるため 但 し滴定は 酸性領域 で行なわれるから [H] に対して [OH] を無視した. 生成定数を (1 6 ) 式を変形して 2十KJH]+1) ・十 o轡 囲 HI十2H K KJH] { ( c. H]+ 矛 }‐o ) [. (, ) 7. ) 式を整理すれ ば とし, (1十 の %) [H] + α「氏=Aとおき, (17. ・− 字 1−叩− 字 )ドルK 向{ , 孤 高(. 8 ). ) 式は となる. (18 “ = K2KI+ ”1 ご ,. (メニー ,2 ,…n). (19). ) 式の直線 n組の (19 で表わされる. 測定値 V,PH のn個のデータ対よりpH を [H] に変 換し, 回 帰 計 算 に よ っ て K. , K2 を求める.. 両性電解質. C とすれば, 物質 両性電解質 MHA は 二塩 基酸 H2A の酸性塩とみなせるから, その分析濃度を a. 収支は C“=[H2A]+[HA]+[A]. ) (20. で与 え ら れ, H20,HA− を参照 プロトン準位として プロトン条件より. K] H]−{OH]+[ [A]−[H2A]=[. ) (21. ) 式に代入して 整理すれば, 0 ) 式を (2 を得る. 二塩基酸の生成定数 に, ,に2と (21. 6 ) (23.

(6)        . 弱酸および両性電解質の電位差滴定. 履 ]+. C ) ( 〔H H o日]+[K] − “+( 竪 蔓豊 南樗 当. ( 2 2 ). となる. (22) 式を次式 のように変形する.. 暑手当 ) [日HOH]+区 一 ( ・ 『 醤雫 C “+(. 3 ( 2 ). こ・で両性 電解 質の初濃度を C郷A , 初期容量を % とし, 標準溶液アルカリの濃 度を C 添加容量 を Vとすれば. c a=薯 寿,. [ KF 蓄. ) (24. ) 式は と表わされるから (23. C ・ 『 誓洲昌圭三 諏 ・ 引 胆汁 等宇}ーo ゑ一(. (㈲. 滴定は酸性領域で行なわれるから [H] に対し [OH] を無視した。 計. 算. 水素イオン濃度は pH 測定により求めた.ガラス電極は水素イオン活量に 応答するので, 溶液のイ 2 9 )とより次式によっ た 3 オン強度を0.1に調節し, 水素イオン活量係数y日=0.8 . − 一 H十 ( l P o gyH) [日]=1 = 0. (26). 求める水素イオン濃度の誤差がpH の測定誤差 △pH によるものとすれば, H[H] H十4酬十 l g )=10−4 ( o 夕 p P 日 [日′ ]ニーo−. (27). となる. こ・ で誤差係数βを導入し, H [げ]=β[日] [日ドー p. (28 ). ] は pH 測定値より求めた水素イオン濃度である. 但 とおく. [H] は真の水素イオン濃度で,[H′ ) 式の場合の水素イオン濃度は [H′ ] を適用した. −塩基酸, 8 し酸の生成定数を求める (8) , (1 二塩基酸, 両性電解質の初濃度を未知量 αとおき, α ) ) 式を表わすと, ,βで (7) , (16 , (25 −塩基酸について ,十K ー [日′ ]*・十 α−(. )β[H′ ]+ 帯 }‐o. (29 ). 二塩基酸について. . ・』 婆謡箸琴書 *・ ( “−. ′H 夢 )m日. 両性電解質について ) (237. o. (3。).

(7)      . 鷲. 塚. 重. 成. ( ・ ;)β[日′日 影デ ー ・十 蓋養母誓言考た,× ( α十. 1 ( 3 ). となる. 両性電解質を標準物質としてアルカリ濃度を求める場合は未知 量 C をαとおき,. ′日 影 日 ・ 引 お[ ( g一 ・十K奇 c 吉是 { & 装 蟹善 …+(. ) ( 3 2. )式の %, KHA となる.(29∼31 2 C紬A を既知量とし, , C お よ び (32) 式 の 筋 瓦, に , 凡, 冗2 ’ 測定値を ロ [H] とし, 未知量 α ,βでこれらの式を一般に次式 で表わす. n組の (33). .= 2 . . ,n) (メニー , ,…. = ・=0 ヂ(α β) 〆 ,. o ) の 繰 返 し 計 算 を 行 なう 即 ち 初 期 (33 ) 式 に つ い て α,β の 解 を 求 め る た め, Newton‐Raphson 法l . l 二次 分項以下を省略すれば T 値を α 展開し 微 ) その r , 。 。とし (33 式を ayo , ,β −f(αo&)〆=. a′(α o,β。)ご4 aα. α。十. βf(臨,β0)ぎ aβ. dβ。. (34).                   .    . (34a) 式は一般に (34 b). Y F 4 α十 又 辺 β. β o , oは第一次の修正値 である.n組の二元連立方程式(34a)を解き4α ( 3 4a ) 式に代入し を再び 4βo を求め, 初期値を修正する. α β , ・ , , で表 わ さ れ る. こ 1 で. αo ,. α・= α。十 4 α。. (35 ) β.=β。十 4β。. 第二次の修正値 βα ,を求め α , ・を修正する. 以後この計算を繰返し . ,β ,4β に αブ 1‘1O−4 αゐ. (36 ). ‐ ‐ ) (ブ= =Q1 ,2 ,‐. ) 式の滴定溶液アルカリの濃度と ) 式の初濃度, または (32 を満足したときの最終値 αを (29∼31 2) 式を次のように 整 9∼3 した. 一塩基酸, 二塩基酸, 両性電解質に (34a) 式を適用するため, (2 理する .. 、. ー塩基酸について (29 ) , (34a) 式は (29a). α一 γγ3=O. (2 9b). )4β −α十γγ3=4 α−(〆γ 3十 “≦. 二塩基酸に ついて (30 ) , (34a) 式は (30a). (238 ).

(8)    . 弱酸および両性電解質の電位差滴定. 一α十(.十著 し. (γ” −γ 2“)γ 3十( ・ 度 )“}ββ r{ 子 γ. (3ob). 両性電解 質について (31 ) , (34a) 式は 1十箸)”−。 α十( 一α−(.十発)ね. (31a) (“γ 2一・γのγ 3十( ・十 身 “}4β α+{ 芽 γ. (31b). また両性電解 質について (32 ) ) 式は , (34 C− +(・十 者)γF o. (32 幻. { ね −(・十 紛 れ 一 十発)γ姻 α+{(“”− れ の れ +( ・十 勢 adβ 芽 γ. (3 2b). と な る. こ ) で ′ γ =1十 桁H A雑 H ] = 1 十 β〆. 〆=βγ /ββ=KHA[H′ ] ′ γ ,= K.β[H 〕+2=β“十2. ] {=βγ /aβ=に, [H′ γ ,. 2−1 一 β を ・ ] [H′ 『 & R弔2 2 ”=βね/aβ=2K K,β[H′ ] 1+ V/%)β[H′ ]十 VC/%=β“十 VC/% ね=( 1+ “ ▽。 ) [H′ ] 弓=βね/ββ=( ′ = 1 H γ 4 ( + “ %)β[ ]+ ▽α/Vo=β“十 Vα/▽。 ”=βねββ=( 1+ “ %) [日′ ]=“ 4 γ 。=βれ/aα= V/ %. プロ グラム計算の流れ図概要はF i g .1に示すように プロ グラム1と プロ グラム2より成る. 一塩 基 酸 では プ ロ ブラ ム 1 と プ ロ グラ ム 2 を連続して実行す る プロ グラム1 で連立方程式 (9) を計 . 算し, 回帰係数 C滋, KHAを求 め, プ ロ グ ラ ム 2 でこ ・ に 得 た C鍬 概数値を α oとおき, 連立方程式 (29b)を計算し初濃度最終値 C習A を求める 二塩基酸 の生成定数 K, 比 プロ グラ を求めるには , 2 . ’ 程 ム1を実行し連立方 式 (19 ) を計算する. 生成定数既知の二塩基酸または両性電解質フタル酸水 o 素カリウムの初濃度を求めるには プロ グラム2を実行する. 初期値 α oに C日A概数値または C縄A 概数値を入れ, 連立方程式 (30b) または (31b) を計算する フタル酸水素カリウムを標準とし . てアルカリ濃度を求めるには プロ グラム2を実行する 初期値 α oに濃度 Cの概数値を入れ連立方 . 程式 (32b) を解く。 プロ グラム2の初期値 β oはすべて1とした. 計算はマイクロ プロ グラム計算機 YI正〉−モデル67によっ た 本機はスタックレジスタ4個 定数 , . t尤 レ ジ ス タ 1個 224 ス テ ッ プ の プ ロ グ ラ ム メ モ リ ー を 有 し 2 ト ラ ッ ク 磁 気 レ ジ ス タ 26 個, Las , ,. カー ドを使用する‘ (2 3 9 ).

(9)    . 鷲. 塚. 成. 重. ogr am 2 pr. r og am l pr. t t r s a. ′. t t r s a L=1. β=βo. ー ー“ [日′ ]f r eca ,. l=1. l l t e 跳 ね ca cu a. l l“,[H′ ] r eca −. 1=1+I l l t ca cu a e r f ,Xf 1 :n. Re f a ,. l=1+1 く. imu l l t ane。us so ves eqs .. , :n >> l i l t aneous so ve s r ・ lu eqs .. t s op. >. Ref .b. ー 1諺 4一 :. tofthe Program for i i f Fig. 1 SimP1 ed 打owChar i l l at on cu ca ) i id:“= cA一 版A% ,(eq Ref c ac ,9 , a Monoprot ) ( i d:“ = K2KI十 K1xf eq i Diprot C ac ,19 . d Ar l i i d ] 〔 IPho yte: Ref c ac ‐Prot , an . b 八△。no‐Di. ) eq %=4α十×辺 β( ・34b. 験. 実. 装置およ び試薬 5A デイジタルpH メ ー タ ー と ガ ラ ス 電 極 GST−155C に よ っ て 測 定 pH は東亜電波工業製 HM−1 oomlの二重壁ビーカーを使用 し, 大洋科学工業製サーモユニットC‐550型 した. 滴定容器は容 量l により ビーカーの外 壁内に水を循環し, 滴定中の液 温を 25±0.FC に 保 っ た. H 試薬類はいずれも特級品を使用 した.pH メーターの2点調整は東亜電波工業製 ゴー ルデンp 標 準液中性リン酸塩およびフタル酸塩標準液によっ た. 操. 作 実験に供 する弱酸の一定量を loomlメ ス フ ラ ス コ に と り, こ れ に 0.IMとなるように塩化ナトリ. l ウ ム ま た は 塩 化 カ リ ウ ム の 結 晶 を加 え 定 容 と し, 滴 定 ビー カ ÷ に 移 す.テ フ ロ ン コ ッ ク付 1om ビ ュ 0 混ぜながら ー .I M トに接 続した毛細管の先端を液中に挿 入し マ グネチッ クスターラ でかき. レッ. , 水酸化ナトリ ウムまたは水酸化カリウムを l mlずつ, または 酸濃度により適宜一定量ずつを添加 ) (240.

(10)    . 弱酸および両性電解質の電位差滴定 し て 滴 定 す る. pH の 読 み の ドリ フ ト が 0,002pH に安定するのを待っ て引続きアルカリの添加をお こない, 当量点に近接しpH の急昇をみれば滴定を終えた 測定値 V,PH 対を計算機に入力 して . データ処理を行なう.. 結果およ び考察 水素イオン濃度の測定 弱酸の濃度分析のための理論式はすべ て水素イオン濃度項と酸 の生成定数を含む したがっ て水 . 素イオン濃度およ び生成定数の不正確さ は, 最終的に求める酸濃度の誤差の原因となる 水素イオ . ン濃度を測定する最も普通の方法はガラス電極による電位差測定である しかしガラス電極は水素 . イオン活量に応答するので,一 定イオン強度の無関係塩の共存で電位差を測定しなけれ ばならない . 電位は水素イ オン濃度と E= g 十S 1 og[H]+Ei. (37 ). の 関 係 に あ る. こ ・ で E;は 参照電極電位 活量係数に関する項およ び活量と無関係な液間電位な ,. どを含む標準電極電位を表 わす. Sは水素イオン濃度に対する電位応答勾配 で 2庁C に お い て S= , 尺rl nl /F=59 o 6mV である. E/(=j日 [H] 十jo 日[OH]) は活量係数と液間電位の液の酸性度 ,1 に依存する項で,iH io og [H] =ph とおけば,ph 日 はイオン性溶質の種類に関する定数 である. −l , の誤差の主な原因は E; の測定の不正確さによる. 屋 の最も正確な測定はいわゆる E; 滴定によ 5 )が 特に高度の精密さ が要求されなければ 未知試料の濃度分析にその都度 鳶 滴定を行なう る2 , , ことは煩墳である. 屋 の正確な測定は困難 であるが, しかし電位 β をよい精度 で測定することが 出来る. 水素イオン濃度はまたガラス電極によ るpH 測定によっ て求めること が出来る 本実験 ではpH . 測定法を採用 した. ガラス電極による測定値をpH で表わせば, 水素イオン活量 α〃=y〃[H] より 2 9 )を 採用 した イ オ ン 強 度 を 一1 og [H] =ph=pH 十l og 艶 であ る. 水 素 イ オ ン 活 量 係 数 y〃は 0.83 . 0 .1とし滴定温度を 2庁C に保ちpH 測定を行なえば, よい精度で水素イオン濃度を求め得る 標準. . 緩衝液は小数点以下3桁目 ま で測定する緩衝液を使用した. 温度特性値は NBS 中性リン酸塩6. 8 63 0 (2庁C) フタル酸塩4 H 0 0 4 ( 2 5 C ) を採用した は測定精度以内に一致す 二点調整 るま で し, 滴 , . .p 定終了 後再度緩衝液 でpH を確認した.. 脳塩基酸の滴定 1 5 }は 当 量 点 を求 め る Ho Br iggs と St uehr f t s ee法を修正し. , 電位差 滴定により生成定数と当量点 の同時定量を行なっ た. (1) 式は 蔭 KH に関し直線となり , A s= Ve− γ KHA. (38). こ・ でs= { (Vo十 の/C1( [H] − [OH] ) + ” γ= V[H] + { (%+ の/C1 [H]2− { (%+ の/q kwである.(38) 式より直線の切片 で 蔭 を, その傾斜より KH iggs と A が求まる. Br S h t f t uerは従来の Ho s ee法と同様に, 測定は水素イ オン濃度でなく, 水素イオン活量を測定したの で, 生成定数は混成定数 で求められた. 水素イオン濃度を求めるため活量係数 で補正を行なうか , また電位 β を測定し(37 )式の 崖 を決定しなけ ればならない Ho t s ee法が Gr an法より有利な点 . f (241 ).

(11)  . 鷲 塚. 重. 成. ,C&A ………….      節 H A. 0. 2. 4. 6. 8. 9 ‐ 1 0 0×1. i i i Fig. 2 Graph on on of format c determinat ium lammon tant of hydroxy cons 。 − K % (eq 9) l si taneous eqs r 〕 【 1u H Aぎ ・ ; A .:yF )H l ion and vo i ia lconcent ln t umeof hy‐ rat 1oエ droxy l l ide ーM aに国ne hydroch or ,cルA: r i f d i yo: looml; Concent t s o um n o ra o hydrox ide;○ 0794入 江 . .. は完 全式 (1) に 基づくの で, 生成定数の大きさに係わりなく いかなる酸にも利用 できることであ る. 本実験 で一塩基酸の生成定数は(8) 式 で求めた. [H] に対し [OH] を無視するほかは本質 的に (1) 式となる. l 09 74M水酸ナ トリ Fig . . 2 は 塩 酸 ヒ ドロ キ シ ル ア ミ ン の 初 濃 度 1om M, 初 期 容 量 loom を0. ウム で滴定し, 測定値 V,PH データ対から (8) 式 で計算した y ,尤(式9) を プロ ッ トした1例 で M 線 傾 斜 よ り 濃 度 定 数 KH og C 4 た 直 の I =1 ま 0 0 Aを求 めl ある. 直線の y軸における切片より A . m , KH A=5.96 を 得 た. モ ノ ク ロ ル 酢 酸, ギ 酸, 酢 酸, プ ロ ピオ ン 酸,ノ・イ ドロ キ シ ル ア ン モ ニ ウム, P − o ニ トロ フ ェ ノ ー ル のイ オ ン 強 度 0.1 , 温 度 25C における回帰計算により求めた濃度定数の測定値を. 5 )を引用 した 本報 では一 4 ) あるいは熱力学的定数3 l Tabl e l第3欄に混成定数3 e l に 示 し た.Tab . , l e l のlog kHA は 塩基酸の初濃度は プロ グラム 1とプロ グラム2を連続実行 して求められる Tab. . プロ グラム2を b 2 ) 式に代入し 9 プロ グラム1 で得た測定値 で, 以後の計算は KH を定数として( A 実行する. 従っ て弱酸の単独溶液 であれば KH Aが未知 であっ てもその濃度分析 が可能である. 実験 l 4% である. 結 果 は Tab 5%信頼限界の繰返し精 度は6種の 酸について平均±0. e 2に示すように9 プ ロ グラ ム 2 では (29 ‐Raphson 法 の 繰 返 し 計 算 を 実 行 す る の で, プ ロ グラ ム , 29 b) 式 の Newton. 1 で得た KH Aの不正確さが プロ グラム2の計算 で得られる最終値 C線 に及 ぼす影響を調べた. 結 果を Table 3 に 示 す. 濃 度 1om M の 酸 loomlを0.IM水酸化ナトリウム で滴定し, プロ グラム 1 l (Tab で得 たl og で ±0.01 お よ び土0.02 変 動 さ せ た と き の CIA の相対誤差% e 3 第 2 欄)をl ogkHA l l ogKH ogにHA=2.57) Aを 大 の 最 大 値 を 第 3 欄 に 示 し た. モ ノ ク ロ ル 酢 酸 ( A=3.49) では KH , ギ酸 ( l ogKH き く す れ ば CP A=4.53) A は 大 き く な る が, 最 大 で, 十0.3% の 変 動 であ る. 酢 酸 ( H , プ ロ ピオ l og忙H ン酸 ( Aが約 6 以 上 のハ イ ドロ キ シ ル og又H A=4,64) では 誤 差 は ±0.1% に 過 ぎな い. し か しl ア ン モ ニ ウ ム, P − ニ トロ フ ェ ノ ー ル ではl og で±0.02 変 動 して も CQ HA に殆ん ど影響を及ぼさな. 式に基づく濃度解析 では, 弱酸の KH Aが未知 であるとき, まず E; 滴 K f t 定を行ない第一の試料について Ho s e e法 で H Aを用 Aを求める.次い で第二試料以下について KH 01の og 単位で±0, Aがl い 蔭,六本報の βに 相当)の二変数関数を解いて当 量点 蔭 を決定する.KH ) Johansson らの (1) い32 .. ogにH Aが 3 ∼ 4 で最 大 と な る こ と を述 べ て 誤差を仮定するとき, 0.0IM Co 日 A の 酸 濃 度 へ の 影 響 はl ) (242.

(12)  . 弱酸および両性電解質の電位差滴定 Tabl i e tant of monoprot i on cons .I Format c id ac. Tabl l i i t t i i d e rat s oft on onoprot ー C aC .2 Resu ,ぱ. Monoch l i o r oacet c. 2 56±0 . .02 3. 49±0 .01. 2 7 a) . 3 65 a) .. Hydr l i oxy ammon um. 4 53±0 . .01 4 64±0 . .01 5 9 5 ±0 . .01. 4 65 a) , 4 87 b ) . 6 2 ) a .. l t ‐Ni r opheno p. 6 93±0 . ,01. 15 b 7 ) .. Fo rmi c Acet i c Pr i i op on c. l fs Num.o amp e s 錠Af ound , mM t i d t t r e a. Ac i d. l og 拓H A Found Re f r e ence. Ac i d. Monoch l i o r oacet c. 9 04鼻 .71±0 .. Fo rmi c. 9 .69±0 .06 10 .10±0 .05. Ace i t c i i Pr op on c. 9 80±0 . .02 9 9 9±0 03 . .. 9. l Hydr oxy ammon l um l t ‐Ni r opheno p. 9 89±0 . .04. 4. Tabl f i e ectofaner tant on the rorin the format on cons .3 Ef I i l i t i Ca Cu at on of ConCent i ra on ofr dC』 エ ー onoProt ca c. ,. Fo i t rma on t t Cons an og一葛日A ,l. Monoch l i r o oacet c Fo rmi c. 2. 5 7 3 4 9 .. I Maximum errorin c為 ー A ,%. OL三4.og Kf;0.02 竃4. ogに′=○ , 0ユ. 0 3 . 0 .3 0 I ,. 0 2 . 1 <0 ,. Ace i t c. 4 53 .. Pr i i op on c. 4 64 .. 0ユ. 1 0 .. Hydr l i oxy ammon um. 5 96 .. l t ‐Ni r opheno p. 6 9 3 ,. 1 <0 , 1 <0 .. <0 ,1 <0 ,I. i t 2 4 6 αA:1〇mM;Da t 7 8 9;a:f i apo n t s:a=O r c on a . . . . . ・ ,〇 ,O ,O ,O ,O ,y d yo αA. ……… ,K2K,. −6 1 −4 … −Kz. −2. 0. 8 10. 8. Expe i t t on h d;To lda i t t t t c edconc r en a on:l 【 ・ a apo n s:6; f i imi dencel *95% con t s. 2庁C;l i h .1;Re t t f on cs r eng :a ) Mi×ed . 3 4 )b 5 ) t t cぐns an odynami t cCons ant3 ,)Them.. Ac i d. 10. 2. 4. 6. 8. 1 0. 2ギ 1 2×1 0. Fig. 3 Graph i i i c determinat on of format on l i id const ant s of phtha c ac simul taneous eqs :% = K2K,十 K,xf , i ln i lconcent i ( ) t lume eq rat a ; onand vo .19 1 i id of phtha c ac ; , CんA:5m M, yo:loom1 Concent i ium hydrox ide: rat on of potass ○ 1 \ 江 ,0788. 3 ) (24.

(13)     .  . 鷲. 塚. 重. 成. id iprot i i tant Tabl c ac s of d on cons e rmat .4 Fo Found. Ac i d. Re f e r ence ‐ 1 l 一 K 一 K2 0g og −. ‐ 1 0gK .. 19 1. 15±0. 08 2 7 4 ±0 . .. 3 91±0 .02 . 5 2 9±0 .02 .. 1 1. 2 7 .. 4 o . 4 5 ,. a). 03 2 76±0. . 02 2 79±0 . .. 4, 98±0 ,01 4 09土0.02 .. 2 8 . 2. 9. l 5. 4 l .. a). 01 96±0. 3 . 01 19±0, 4.. 5 25±0 .01 . 2± 0 5 0 .01 .. 5. 6 4. 2 3 4. 4 .5 .. b ). l i oxa c. l ogに2. l i W 1 c a on i l Phtha c i Fuma r c i i Succ n c i i Ad c p. a). a). b ). 3 4 ) oC;l t f t 1;Re h:0 ) Mi i t an t x edcons 25 r eng on cs .:a , . 3 5 } tant c cons b )The rmodynami. id iprot i i i l t Table ts of t rat on c ac ,d .5 Resu i Ac d. l i N 1 on c a l i Phtha c i Fu c ] mar i i Succ n c Ad i i c p. l Num.ofsamp es i t t t r ed a. 02* 4 90±0. . 4 90土0 03 . . 04 4. 90±0 . 02 4 9 6±0 . , 4 96±0 02 . . 03±0, 03 5.. へ ︶ハ h U 7f ワ十 ﹁ ﹁ Uハ h Ur. l i oxa c. C膏 ound Af 2 , mM. int lda tapo s:5 i ta t Expec t r a on:5 mM;To edconcent , imi i f dencel t *95%con s. 5 } Tab l い る2 e 3にみられる著者の結果はこれに↓ 致した. .. 二塩基酸の滴定 Fig 0788M水酸化カ リウム で滴定し, 測定値 V, PH .3 は 初 濃 度 5 m M の フ タ ル 酸 loomlを0 . に K,尤 プ デー タ 対 か ら (18) ,尤 を ロ ッ ト し た 1 例 であ る. 直 線 の y軸 の切 片 2 , , (19) 式 で求 め た y ogに2=2.7 を 得 た. シ ュ ウ 酸, マ ロ ン 酸, フ タ ル 酸, フ マ 軸の切 片−比2よ り 濃 度 定 数logk,=4.9 ,l o ル 酸, コ ハ ク 酸, ア ジ ピン 酸 のイ オ ン 強 度 0,1 , 温 度 25C にお ける プロ グラム1で求めた濃 度定数 5 )の引用値 である 4 ) または熱力学的定数3 l l は Tab e 4第4, 5欄は混成定数3 e 4 に 表 示 し た. Tab . ,. プロ グラム1 で連 立方程式 (1 ) ) の直線回帰計算により ”. 8 ,に2を算出するとき, 二塩基酸の ,(19 第1当量点を略中央値とする対称な V,PH データ対 で計算すれば,繰返し測定精度が最もよいこと. o がわかっ たの で, 滴定分率 C/% C日 A で0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4 の 5 デー タ 対 を 計 算 機 に 入力 して に, ,K2を求めた.測定結果は引用した 混成定数あるいは熱力学的定数からみて略妥当な濃度定 数 であるが,l ogK2が小さい程, 即ち第1解離が大きい酸程その精度が低い. 5mM 濃度の二塩基酸 l b l e 5 に 示 す. loom を満定し, 生成定数既知として プロ グラム2で求めた初濃度の測定 結果を Ta 95% 信 頼 限 界 の 繰 返 し 精 度 は 6 種 の 酸 に つ い て 平 均 ±0.5% で あ る. プ ロ グラ ム 2 では (30 , 30 b) o 式の Newton‐Raphson 法 を 実 行 す る が, K, , に2 の 不 正 確 さ が最 終 値 C日 A に及ぼす影響を調べた.. l 5 mM 濃 度 の 酸 に つ い て, Tab og K, を 用 い た と き の CんA と, 生 成 e 6 第 2, 3 欄 に 示 すl og 比2 ,l. 定数をl og で±0 .01およ び土0.02変動させたときの結果を比較 した. ”.を大きくすればいずれの ) 4 4 (2.

(14)    . 弱酸および両性電解質の電位差滴定 Tabl fect of an er i tant e ro rin the format on cons s on the .6 Ef o l l i i iprot i i d ca cu on of concent rat at on of d c ac ,C 日 2A Ac i d l i oxa c l i N 1 a on c i Phtha l c i Fuma r c. . imum er Max i r or nc 喜一 % 1 41 0 ogkl=0 141og kl=0.02 .,. Fo i t t rma oncons ant l 1 て ご og そ 0g そ 2 , ・ 1 3 .15 .91 2 29 74 5. .. i i Succ n c. 2 76 . 2 79 . 3 96 .. Ad i i c p. 4 19 .. 0 6 . 0 6 .. 4. 98 4 09 .. 1 ・2 1 2 . 1 4 .. 0 8 . 1 0 . 1 2 .. 5 25 . 5 .02. ・. 1 2 .. 1 8 . 2 4 . 2 2 .. C&A:5mM Da i 6 8 O 2 4;af i t t apo r n s;a=O ac on . . . . . , t ,O ,1 ,1 ,1 , じ/%CルA. Table i ium hydrox l i t t ide wi ium th potass rat s oft on .7 Resu , sod hydrogen phtha l at e No . I 2 3 4 5 6 7 8 9 10. Samp l aken e t , g 0 .2027. (A). Concent i f NaOH, mM r at on o. B ( ). C ( ). 97 6 .. 97 ,I. I 97 .. 0 2049 . 0 1984 .. 97 O .. 96 ,9. 96 9 .. 98 4 .. 96 9 .. 0 2041 . 0 2066 .. 98 5 , 97 8 ,. 96 ,4 97 ,O. 96 7 .. 0 2028 . 0 2126 .. 96 9 ,. 95 .8 96 8 .. 0 2043 . 0 2 . 014. 96 ,8 98. I. 0 2073 . l mean Va ue. 97 8 , 97 6 ,. *. 97 2 .. ±0 4 .. 97 4 . 96 8 . 96 6 .. 2 96 , 96, 8. 96. 8. 96 .6 97 I .. 97 O . 97 2 .. 96 7 . ± 0 3 .. 96 9 . ±0 2 .. Da i t t B)5∼1oml C)2 ( f i dencel imi a po n s:(A)1∼6 ml t s ,( ,4 ,6 ,8 ,1oml;*95%con ,. 二塩基酸についても C彰 は 大きく表われ K2を大きくすれ ばシュ ウ酸を除き他の酸 では C彰 は , 小さく 表 わ れる シ ュ ウ 酸 の よ う にl og比2 が1程度の小さ い酸につ いては K . 2の変動は Cもα の計 算結果に殆 ど影響しない. Tab l e 6 第 4, 5 欄 はlog冗2 と1og忙. がlog で±0 01 ま た は 0 02 変 動 し ,. ,. たときの結果に表われる 5 m M C=〆 の相対誤差%の最 大値である シュウ酸よりアジピン酸に至 . 1 る 配列 でl ) ogに2 が大きい酸程 Cん A が大きく表われる傾向 がみられる3 . フタル酸水素カリウムによる滴定 両性電解 質,例えばフタ ル酸水素カリウムの濃度分析はフタル酸の逐次生成定数 K, 比 , 2が既知の 場合, アルカリ標準溶液 で滴定し, プロ グラム2を実行し 連立方程式 (31 31b) を解く また , , . フタル酸水素カリウム の標準物質を用 いれば, プロ グラム2 で連立方程式 (32 32b) を解いてア , ルカリ濃度を求め得るの で, 酸塩基滴定の一次標準として本法が利用 できる 精 秤 した約l mmo l . のフタル酸水素カリウムを含 む溶液l oomlに約0.IM水酸化ナ トリウム 溶液を l mlずつ添加 し て滴定を行ない, 水酸化ナトリウムの濃度 Cを求めた結果を Tab l e 7に示す. フタル酸の生成定数 l 冗 に l は og ,=4.9 , og 2〒2,7 と し, 計 算 機 の 定 数 レ ジ ス タ ヘ ス ト ア でき る ” pH データ対は6組まで 45 ) (2.

(15)      . 鷲. 塚. 重. 成. l e 7に示す次の3通りのデータ入力 で C を計算した. V=1, 2…6 mlのデータ であ る か ら, Tab l 点 5 (C) l 点6 (A) . 滴定 , V= 2, 4, …1om の デー タ , = 5, 6 …1om の デー タ 点 6 (B). ・ ) 5%信頼限界の精 度を示した.測定結果をみると,(A)法が(B 0回繰返し,C の平均値およ び9 は1 法に比してや・高値と なる傾向がみられ, 2 ml間隔 で添加 し当 量点 に 至る全範囲の V,PH 測定 3 ) 次に生成定数 瓦 K2の変動 がアルカリ濃度 Cの算定に及 (C) 法 で±0,2%の精度が得られた3 , , り, K,を大きくすれば C 影響と逆の傾向とな 彰 の算出への 二塩基酸の初濃度 調べた ぼす影響を A . に l C =4 9 ogK2=2,7 を用 い た 濃度 Cは小さくなり, 比2 を 大 きく す れ ば 濃 度 は 大 き く な る. og ・ ., l 5%である. og で土0 場合と比較し, 生成定数をl .1変動させたとき濃度 Cの相対誤差の最大値は1.. 関数式 26 ) ln man ら2 7 )の弱酸の濃度分析は滴定装置 ’ Johansson25 g , ,. 電位差測定操作, およ びデータ処理 その濃度分析の特徴は [H] および平衡定数. 等すべてミニコン ピューター制御により自動 化した. 濃度が精度良く才尋られるところにある. 一塩基酸 KH A , … Kw 等は概数値を用い, 当量点または初 f t 8式) によれば, E‘(37式) が正確に測定さ れなければ [H] は不正確と s ee法 (3 の解析 で Ho な る. 従 っ て 充 分 に 正 確 な KHA は 得 ら れ な い.Johansson らは E‘ は近似値 でよく, E‘の誤差に起. 4 hより[H]=′[H′ P I ] ] とし, 誤差係数 ヂ=10 H A A=fX 因する [H] 値を [H′ , 産ん=Kwケ とお , 拓斉 き, (1) 式を. ′ } ]+聖 !′ M L 空 影にも ,−−焚+V 罷 姻 H (39 ). 一次の 焚, 桁由 を求める. f≠1 であれ で表 わ した. 始 め に ′=1 , y=0 とおき直線回帰計算 で第 f を逐次修正し ) 式の微分式を回帰計算して 4 V,4Kも 4/ ば,(39 ,4K& を求め 乾,Kも K命 5 ) この場合酸性領域の滴定 でパラメーターは Ve 最終値 乾 を得た2 A Aが既知 で正 ,KH ,fと減 じ, KH . 確であれば未知量はV ,/の み と なる. 6 )の混合酸の濃度分析の基本式は 酸 HA. HA2 の 生 成 定 数 を KHA , 初 2 Johansson ら2 , KHA , , , 酸性領域 で滴定が行なわ 濃 度 を C脅A , C&A とし , , 物質収支, プロント条件, 酸の生成定数より, れる 仮定のもと で (40 ) 式とおいた.. o十 M 叶 に F 一 喜 総 計 , 需 ;隆 一(v. ) ( 4 0. K日加 / であ る 二 塩 基 酸 は CP HA (40) 式 の解 析 で パ ラ メ ー タ ー は C= ,= C A A . , CAA“ KHAぃ , A が既知 で正確 であれば と み なせ る か ら, パ ラ メ ー タ ー は 4 に 減 じ, 若 し KHA , パラメーター ,, KH. は2, 未知量は C彰A ,ヂとなる. 即ち %C& A V。CもA 2 −(y。十 y)ヂ[汁]− VC 十 yニ ー十ヂ[日′ ]KHA [日′ ・十f ]拓HA , と な る.. (41). 両性電解質は弱酸 HA と弱塩 基Bとの混分物の 基 A B )より導いた. 酸 HA と弱塩 基Bの初濃度を CIA 本式(42 ,KH , 酸 HA,HB の生成定数を KH ,C1 Johansson らはまた両性電解質の濃度分析で ,. ) (246.

(16)    . 弱酸および両性電解質の電位差滴定. とすれば, voCA A − 1十[H]拓H A. [ H H OH ( 爾 ぬ− 日 向 昭 一(v o“). vc=o. (42). が得られ, 若しKH A Bが既知 で正確 であれば, ,KH. y= 一 語錠−− ば 誼 「. 孟. 』. )−(%+ M H′ト vc. (4 3 ). た ゞし酸性領域 で滴定が行なわれるものと仮定した ( ) 式の解析 でパラメーターは C滋, C& . 43 ,′ であ る. 両性 電 解 質 は C滋 = Cも と み な せ る か ら パ ラ メ ー タ ー は 2 未知 量 は C& と な る. ヂ HA , , ,. これらの考察より一塩基酸, 二塩基酸, 両性電解 質の解析において 本報 では2変数関数式 を目 , 的とし, データ処理の容易な(7) 6 ) )式を導いた. Newt on ‐Ra on法 で関数式 (29b) phs ,(1 ,(25 , (30b) ( 3 1b ) ( , , 32b)式はいずれも収束する。 プロ グラム計算で必要な定数とV, PHデータ 対 (n = 5 または6) を計算機に入力して , 計算始めから結果の表示されるま での時間は, 一塩基酸 (プロ グラム1∼2) で1∼2分, 二塩基酸, フタル酸水素カリウム (プロ グラム2) で2∼4分 であ る。. 文. 献. 1) G.Gr 1952 an:A”α伊財,77 ) , ,661( i i:エ Cたの鳴 2) F t t s so 1965 ) ,J .C,Rossott ,Ed”c, ,日,Ro ,42 , ,375( 3) S l / 1975 er:A”” ) .L.Burden .Cあの呪,47 ,D,E.Bu . ,793( 4) A.Joh 1 2 6 9 1 9 7 4 z 江 1 s son: 〆””云 α,21 ( ) . , idg l d. 5) D 1974 ey um: めZ ) .4 ,C.MCC副l ,21 . ,723( l l l 6)C ′ um,D. Midg 1975 ey:A”α ) ,McCa .C廟雛.Aαα,78 . ,171( l l l 7) C 4 8 1 2 um,D. Midg 3 2( 1 9 ey:A箆d C膨 欄, 7 6 ) .MCCa . , , 8) A.Johans 1975 son: zq′ ”“ね,22 ) . ,945(. 9) D 1976 ) , 仮dgley,C,MCC副lum:〆bZd. ,23 . ,320( G B b h T R S t 1 0 )J C膨 E t d e r a r ノ 1960 W e e : 朔. “角 37 ) , , , , , . ,422( 11 ) A.J d. 1965 ) .Bard ,D. M,King: めZ . ,42 ,127( 12) A.R.Eme 4 2 1 3 1 1 9 6 5 ry Jも司. ( ) , , , 13) DJ.Legge t t:Aれ〆.C膨“ 1978 2 ) . ,50 , ,718( in 14 i ) C.R.Ma t ba仏,51 1979 r e s er:Z ) ,H.Fr . ,803( iggs 15) T,N.Br わ化も 46 1974 ) ,E.Stuehr:〆 ,J . ,1517( in 16 ) A.ol l l きn: z〆”“”,25 1978 ) ,B. Wa . ,720( 17) G,Ar l l i ら溺, ena z z ar e t 1979 ano:ば ) ,B,Ri ,Sammar ,S , ,26 ,1( in B 18) A.ol ぼ 幼 る 2 4 l l W 3 0 3( 1 9 7 7 き ) a n: . , , . , , 19) A.1Vaska ゴる幻. 1974 ) ,21 . ,377( 20) A.l 1974 vaska: 診詞. ) ,21 ,387( , 21) A.l vaska ゴ鰯d・ 1974 ) ,21 ,1167( . 22) A,1va わ鵡. 1974 ska;〆 ) ,21 . ,1175( 23) F.1 i l l:〆 ろZ d. ngman 1966 ) ,E.St ,13 . ,1431( 24 ) A.Johans 5 3 5( 1 9 7 0 son:A”α伊財,95 ) , , 2 ) L.Pehrsson,FJngman,A・Johansson: zα如“ね 23 5 1976 ) ・ ,769( 26) L,Pehr わ獲,23 s s on ngman 8 1 1 7 9 7 6 son;奮 ( ) ,F.l .Johans ,S . ,. ( 24 ) 7.

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参照

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