Определение удельной плотности и температуры растворов

Лекция №6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
УДЕЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ и
ТЕМПЕРАТУРЫ РАСТВОРОВ
Дисциплина:
«Физико- химические методы исследований и техника лабораторных работ»
1 курс 2 семестр

Понятие «плотности веществ»
Удельная плотность выражается отношением массы вещества к его объему:
Единицы измерения удельной плотности:
в международной системе- кг/м3,
в лабораторной практике- г/см3.

Плотность- одна из главных физических величин, характеризующих свойства вещества.
Увеличивается с повышением концентрации растворённого вещества.
Зависит от температуры. Стандартная температура для определения плотности= 200С

Относительная плотность (или удельный вес)- это отношение плотности одного вещества к плотности другого, служащего эталоном (обычно это вода) при одинаковой температуре и давлении.

Основные методы измерения плотности
Определение плотности основано на законе Архимеда: «Твёрдое тело при погружении в жидкость теряет в весе настолько, сколько весит вытесненная жидкость».
Выбор метода определения зависит от того плотность какого вещества (жидкого или твёрдого) надо определить.

Приборы для измерения плотности жидкостей- ареометры, по своему назначению делятся на две группы:
ареометры (денсиметры), которые применяют для измерения плотности различных жидкостей, имеют шкалу в единицах плотности - урометры, нефтеденсиметры и т.д.;
2) ареометры для измерения концентрации раствора, шкала которых градуирована в объемных или массовых процентах- спиртометры, сахарометры, лактометры и др.
Ареометрический метод

Достоинства:
быстрота определения,
возможность использования для анализа вязких жидкостей.
Недостатки:
невысокая точность (до 0,01)
использование относительно большого количества анализируемой жидкости.

Устройство ареометра.
Стеклянный тонкостенный цилиндрический сосуд, расширяющийся внизу и имеющий на конце стеклянный резервуар, заполненный балластом (дробью, реже ртутью) для обеспечения устойчивости при погружении в жидкость.
В верхней части ареометра- шкала с делениями, соответствующими относительной плотности жидкости, и указанием температуры, при которой следует производить определение.
У наиболее точных ареометров шкала охватывает значения относительной плотности в пределах 0,2- 0,4 единицы
РИС. Ареометры

Градуировку ареометров производят при 200С и относят к плотности воды при 40С (именно при этой температуре плотность воды принята за 1 гр/см), поэтому показания шкалы дают величину относительной плотности (d).
Некоторые типы ареометров изготавливают со встроенным термометром, позволяющим одновременно с плотностью (концентрацией) измерять и температуру жидкости.
РИС. Денсиметр (стеклянный): 1- полый корпус; 2- трубчатый стержень; 3-балласт; 4- связующее вещество; 5 - шкала плотности; 6- встроенный термометр; 7- шкала температуры.

ФОТО. Ареометры

2. Пикнометрический метод.
Более точный. Основан на взвешивании с помощью специального прибора- пикнометра.
Устройство пикнометра. Это емкость установленного объема, в которой взвешивается вещество.
Полученное значение корректируется с учетом выталкивающей способности воздуха, которая оказывает влияние на показания пикнометра при взвешивании.
РИС. 2. Пикнометры:
а- Гей- Люссака,
б- Рейшауера;
в- Ренье;
г- Менделеева

ФОТО. Пикнометры

Устройство плотнометра.
Работает по принципу камертона.
В основе определения плотности лежит измерение резонансной частоты колебаний полой стеклянной трубки.
Эта частота изменяется, когда трубка наполнена образцом: чем выше масса образца, тем ниже частота колебаний.
Прибор измеряет эту частоту и переводит в плотность.
3. Плотнометрический метод.
Плотнометр- электронный прибор для измерения плотности жидкости или газов.

4. Определение плотности твёрдых тел по выталкивающей способности вспомогательной жидкости, плотность которой известна (вода или спирт) на специальных весах и приборах.
Применяют приборы разнообразной формы, в виде полых тел из металла или из стекла.
Снабжены чашечкой, на которую кладут гири и небольшие тела, плотность которых необходимо определить.
РИС. Прибор для определения плотности твёрдых тел

Твёрдое вещество (А) взвешивают на точных (например, аналитических) весах, сначала в воздухе, затем во вспомогательной жидкости (В).
Плотность вещества определяют по двум взвешиваниям, учитывая плотность воздуха:

3. Приборы для измерения температуры
Жидкостный термометр:
стеклянный баллон
капиллярная трубка внутри него
запасной резервуар заполнен термометрическими жидкостя-ми (ртуть, метиловый и этиловый спирт, керосин и др.)

Принцип работы: объем жидкости внутри термометра изменяется при изменении температуры вокруг нее.
Жидкость, находящаяся в термометре при высокой температуре начинает увеличиваться в объеме, и подниматься вверх.
Шкала наносится прямо на поверхность капилляра или прикрепляется к нему снаружи.
Жидкостные стеклянные термометры применяют для измерения температур от - 30 до + 600°С.

Достоинства стеклянных термометров:
простота применения,
невысокая
высокая точность измерения.
Недостатки :
хрупкость стеклянного резервуара,
плохая видимость шкалы (если не применять специальной увеличительной оптики),
невозможность автоматической записи показаний, передачи показаний на расстояние и ремонта.

термобаллон (1), заполненный газом, паром или жидкостью;
гибкий капилляр (2)- латунная трубка с внутренним диаметром в доли миллиметра;
манометр (3) со шкалой.
2. Манометрические термометры:

Принцип действия основан на изменении давления газа, пара или жидкости в замкнутом объеме при изменении температуры.
Область измерения температур от -60 до +600°С.
Термобаллон помещают в измеряемую среду. При нагреве внутри него увеличивается давление, которое и измеряется манометром.

3. Термоэлектрические термометры (термопары). Принцип действия основан на свойстве двух разнородных проводников создавать термоэлектродвижущую силу при нагревании места их соединения - спая. Термопары являются первичными преобразователями температуры в термоэлектродвижущую силу- сигнал, удобный для дистанционной передачи.
Поэтому в измерительную цепь за термопарой может быть сразу включен измерительный прибор для измерения термоэлектродвижущей силы термопары.
Обычно применяют автоматические потенциометры.

4. Электронные термометры, позволяют измерять температуру дистанционно.
В контролируемом помещении располагается миниатюрный термочувствительный датчик, а в другой комнате индикатор, по шкале которого и отсчитывают температуру.
Способны измерять температуру в диапазоне от -50 до +1000С.