4.6. Визначає густину рідких і твердих речовин


Щільність речовини В (символ рв, одиниця кг / м3, г / мл, г / см3) - величина рівна відношенню маси речовини тк до його об'єму V ст:

(4.6)

Щільність, виражена в г / л, збігається зі значенням щільності в кг / м3. Відносна щільність (символ d, величина безрозмірна) - це щільність даної речовини рв, поділена на щільність речовини, взятого за еталон

(4.7)

Таким еталоном, або стандартним розчином, є або чиста вода при тиску 101325 Па (1 атм) і температурі 3,98 ° С, або сухе повітря при нормальних умовах (101325 Па, 0 ° С). Щільність води при 3,98 ° С і 101325 Па дорівнює 1,0000 г / мл, а повітря в нормальних умовах - 1,2928 г / л при складі (масові частки): 0,7547 N2, 0,2310 O2, 0, 0129 Аr і 0,00046 СO2.

Оскільки щільність і відносна щільність залежать від температури, підстрочним індексом вказують температуру, при якій вимірювалася щільність, наприклад Р25 і d20. Якщо щільність еталонної речовини виміряна при температурах, відмінних від наведених вище, то символ відносної щільності забезпечується двома індексами. Наприклад, позначення d5-20 (N2O) = 1,5300 свідчить, що відносна щільність оксиду діазота виміряна при 25 ° С щодо щільності повітря, визначеної при 5 ° С.

Питома вага (символ γ, одиниця Н / м3) - величина, що дорівнює відношенню ваги G (в Н), тобто сили тяжіння, до обсягу К (в м3):

(4.8)

Питома вага залежить від прискорення вільного падіння g і може бути виражений як твір щільності речовини на прискорення вільного падіння:

(4.9)

Щільність рідини або розчину вимірюють за допомогою ареометрів, гідростатичних ваг, піктометром і ін. Способами. Щільність твердого вешества визначають пикнометрическим методом, гідростатичним зважуванням і волюмометріческі.

Визначення щільності за допомогою ареометрів. Ареометри постійної маси (інша назва - денсиметри) зазвичай є скляними (рис. 85). Вони мають у верхній частині паперову шкалу 1 із зазначенням щільності в г / см3. Нижня частина ареометра заповнена баластом 2 (свинцеві дробинки), нерухомо закріпленим сполучною речовиною 3, розм'якшуються при температурі не нижче 80 ° С. Баласт потрібен для зниження центра ваги ареометра, щоб останній при зануренні в рідину плавав в строго вертикальному положенні знаходився при цьому в стійкій рівновазі.

На паперовій смужці 1 у верхній трубці 5 ареометра вказана температура, при якій він відкалібрований, - зазвичай 20 oC.

Мал. 85. Ареометри циліндричні (а), веретеноподібні (б) і з вбудованим термометром (в). Меніск навколо трубки ареометра (г):

а - в: 1 - шкала; 2 - вантаж; 3 - тверда замазка; 4 - термометр; 5 - трубка; г: 1 - верхній край; 2 - нижній край меніска; 3 - трубка ареометра; 4 - стінка циліндра

Ціна поділки шкали термометра 4, вбудованого в ареометр (рис. 85, в), як правило, дорівнює 1 ° С. Межі вимірювань щільності рідких середовищ зразковими ареометрами складають 0,6500-2,0000 г / см3 при ціні поділки 0,0005 г / см3, а ареометрами загального призначення - 0,700-1,840 г / см3 при ціні поділки 0,001 г / см3. Випускають набори, що містять від 10 до 25 ареометрів, кожен з яких розрахований на свій інтервал вимірювань щільності, наприклад від 0,700 до 0,760 г / см3. Перед визначенням щільності з набору вибирають ареометр з потрібним межею вимірювань.

При зануренні в рідину ареометр, відповідно до закону Архімеда, відчуває дію сили, що виштовхує, дорівнює вазі витісненої ним рідини. У той момент, коли виштовхує сила стає рівною вазі всього ареометра, настає стан рівноваги, і ареометр починає плавати в рідині. Чим більше щільність рідини, тим на меншу глибину занурюється ареометр. Тому чисельні значення щільності на шкалі ареометра розташовуються в порядку зростання зверху вниз.

Архімед (287-212 рр. До н.е.) - античний математик і фізик.

Рідина для вимірювання щільності наливають в скляний циліндр з діаметром, що вдвічі перевищує діаметр корпусу ареометра, і висотою, більшою, ніж довжина ареометра. Циліндр перед заповненням рідиною необхідно вимити і висушити.

Заповнений рідиною циліндр витримують в кімнаті до тих пір, поки температура його вмісту не буде відрізнятися від температури навколишнього повітря на ± 2 ° С Щоб швидше встановилося теплова рівновага, рідина в циліндрі перемішують скляною мішалкою з диском на кінці, переміщаючи її вгору і вниз по всій висоті стовпа рідини, уникаючи попадання в неї пухирців повітря.

Після вирівнювання температур рідини і повітря в неї обережно опускають ареометр, взявши його двома пальцями за верхній кінець трубки. Ареометр при опусканні не повинен зачіпати стінки циліндра. Його не випускають з пальців до тих пір, поки відмітка шкали очікуваної щільності не опиниться на 3-5 мм вище рівня рідини і не з'явиться впевненість у тому, що ареометр плаває. Якщо його відпустити передчасно, то при швидкому зануренні в рідину він вдариться об дно циліндра і може розбитися.

Таке трапляється при неправильному виборі ареометра для досліджуваної рідини. При зануренні ареометра рідина не повинна змочувати верхню трубку набагато вище позначки виміряної щільності. В іншому випадку показання ареометра будуть неточними.

Занурений ареометр витримують в рідини 3-4 хв для вирівнювання температур і визначають показання по нижньому краю меніска 2 (рис. 85, г). Про це повинно бути сказано в паспорті. Якщо такої вказівки немає, то ареометр слід перевірити або по зразковому ареометру, або за показниками пікнометричним (табличній) щільності відомої рідини.

Для порівняння показань використовуваного і зразкового ареометрів їх занурюють в рідину, що знаходиться в одному циліндрі, причому ареометри не повинні стикатися один з одним. Як калібрувальної рідини застосовують: в інтервалі 0,86-0,95 г / см3 - водно-спиртові розчини; в інтервалі 0,95-1,01 г / см3 - суміші 85% -го етанолу і сірчаної кислоти щільністю 1,84 г / см3; в інтервалі 1,00-1,84 г / см3 - водні розчини сірчаної кислоти; в інтервалі 1,84-2,00 г / см3 - суміш 500 г KI, 630 г Hgl2 в 1 л води, яку розбавляють до потрібної щільності.

Якщо температура досліджуваної рідини помітно відрізняється від температури, зазначеної на ареометри (20 ° С), в показання вводять поправку, знайдену зі співвідношення:

(4.10)

де beta = 2,5 * 10-5 1 / ° С; to - температура, при якій був відкалібрований ареометр; t- температура рідини; р - знайдена щільність рідини.

Ареометри після використання обмивають водою, а потім етанолом, якщо їх опускали в водні розчини речовин, або бензином, тетрахлорид вуглецю і ацетоном, якщо досліджувана рідина була органічною. Потім ареометри висушують сушильній шафі або в ексикаторі (див. Рис. 32) і зберігають в закритому посуді.

Визначення щільності за допомогою гідростатичних ваг. При гідростатичному зважуванні скляний поплавок гидростатических ваг (див. Рис. 69) опускають в досліджувану рідину. Щільність рідини відразу ж відраховують по масі гир, взятих для досягнення рівноваги ваг. Для вимірювання щільності рідини спочатку зважують (г) поплавок з його підвіскою (дротом) в повітрі (m1), а потім у чистій воді (m2) і після цього в досліджуваній рідині (m3). Перші два вимірювання проводять заздалегідь і вже потім їх не повторюють. Рівень рідини в циліндрі завжди повинен знаходитися на одній і тій же позначці, нанесеної на дріт, за яку підвішений поплавок до коромисла терезів. Таким чином, частина дроту являє собою невелику постійну частку загального обсягу поплавка.

Щільність досліджуваної рідини рt (г / см3) при температурі t після вимірів обчислюють за рівнянням

(4.11)

де рв - щільність води при температурі t; рвозд - середня щільність повітря під час зважування при температурі t

Часто виявляється достатнім приймати щільність повітря дорівнює 0,0012 г / см3. Однак зміни температури, атмосферного тиску і відносної вологості f може до 5% змінити щільність повітря. Тому при точних вимірах рекомендують записувати не тільки температуру і тиск, а й відносну вологість повітря f і обчислювати Рвозд за формулою

(4.12)

де р - атмосферний тиск, торр; до - поправка, яка визначається вологістю повітря при температурі t.

Значення до знаходять зі спостережень за зміною відносної вологості f (%) і парціального тиску пари води в

повітрі (рв), взятого з довідкових таблиць, по рівнянню

(4.13)

Дріт для підвіски поплавка повинна бути дуже тонкою і прямий, щоб зменшити вплив поверхневого натягу Крім того, вона не повинна взаємодіяти з рідиною. Довжина дроту, зануреної в рідину, зазвичай береться не більше 15 мм, щоб звести до мінімуму зменшення маси в рідини.

При гідростатичному зважуванні температуру рідини підтримують постійної і стежать за тим щоб на поверхні поплавця і частини дроту, зануреної в рідину, не осідали бульбашки повітря. Температуру рідини в циліндрі вимірюють з точністю до 0,1 ° С до і після кожного зважування, беручи до уваги середнє з отриманих значень. Термометр весь час повинен знаходитися в рідині.

При визначенні щільності твердої речовини р, його підвішують замість поплавка. Твердою речовиною може бути або застиглий розплав, в якому закріплена дріт для підвіски, або монокристал або полікристал, вирощені з розчину або розплаву на затравки, укріпленої на дроті-підвісці. Значення рt в г / см3) обчислюють за рівнянням

Інші частини:

4.6. Визначає густину рідких і твердих речовин. Частина 1

4.6. Визначає густину рідких і твердих речовин. Частина 2

До змісту


© 2008 — 2012 offroad.net.ua . All rights reserved. by nucleart.net 2008