Определение плотности жидкости
В практике проведения технического анализа на химико-фармацевтических заводах обычно определяют плотность жидкостей с помощью пикнометра или ареометра.
Определение плотности жидкости при помощи пикнометра
Чистый сухой пикнометр (рис. 4) взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Затем заполняют его дистиллированной водой немного выше метки, закрывают пробкой и помещают в термостат. После 20-минутной выдержки в термостате при температуре 20+-0,1 С уровень воды в пикнометре быстро доводят до метки, отбирая излишек воды пипеткой, капилляром или свернутой полоской чистой неволокнистой фильтровальной бумаги. Пикнометр снова закрывают пробкой, термостатируют еще 10 мин, проверяют соответствие уровня жидкости метке, протирают снаружи досуха чистой мягкой тканью или фильтровальной бумагой и оставляют на 10 мин за стеклом коробки аналитических весов, а затем снова взвешивают. После этого пикнометр освобождают от воды, споласкивают последовательно спиртом и эфиром, затем удаляют остатки эфира продуванием воздуха, заполняют пикнометр испытуемой жидкостью и проводят те же операции, что и с дистиллированной водой.
Относительную плотность жидкости вычисляют по формуле:
Значение 0,0012 надо прибавить к рассчитанной плотности, так как пикнометр перед заполнением жидкости содержал воздух.
Следует обращать внимание на то, чтобы при вытирании пикнометра на его стенках не оставались волокна фильтровальной бумаги или ткани. Нельзя сушить пикнометр путем нагревания. Применение пикнометра позволяет определять относительную плотность с точностью до 0,001.
Плотность жидкости в граммах на 1 мл при температуре 20 С рассчитывают, исходя из массы 1 мл анализируемого вещества, и прибавляют поправку на взвешивание в воздухе в соответствии со следующей таблицей:
| Масса 1 мл, г | Поправка |
| 0,60-1,03 | 0,0011 |
| 1,04-1,72 | 0,0010 |
| 1,73-2,00 | 0,0009 |
Массу 1 мл жидкости определяют делением выраженной в граммах массы в воздухе, заполняющей пикнометр жидкости при 20 С, на объем пикнометра, выраженный в миллилитрах. Объем пикнометра устанавливают аналогично описанному выше, исходя из того, что 1 л воды при 20 С имеет массу 997,18 г.
Определение плотности жидкости ареометром
Плотность жидкости может быть приближенно (с точностью до 0,01) определена с помощью ареометра. Этот метод находит широкое практическое применение при определении относительной плотности серной, азотной и соляной кислот, этилового спирта и др. Достоинствами этого метода являются быстрота определения и возможность использования для анализа вязких жидкостей. К недостаткам метода, помимо невысокой точности, следует отнести необходимость использования относительно большого количества анализируемой жидкости.
Ареометр (рис. 5) представляет собой стеклянный тонкостенный цилиндрический сосуд, расширяющийся внизу и имеющий на конце стеклянный резервуар, заполненный дробью, реже ртутью. В верхней части ареометра имеется шкала с делениями, соответствующими относительной плотности жидкости, и указанием температуры, при которой следует производить определение. Имеются ареометры для жидкостей легче и тяжелее воды, для серной кислоты, едких щелочей, а также ряд специальных ареометров для измерения плотности спирта (спиртометр), молока (лактометр) и др. Для повышения точности измерения промышленность выпускает наборы ареометров, шкалы которых охватывают определенный диапазон плотностей.
Как правило, градуировку ареометров производят при 20 С и относят к плотности воды при 4 С, поэтому показания шкалы дают величину d. Если в соответствии с указаниями стандарта температура анализируемой жидкости отличается от температуры, указанной на шкале ареометра, то следует внести поправку на разницу температур.
Испытуемую жидкость помещают в цилиндр емкостью не менее 0,5 л и при температуре жидкости 20 С осторожно опускают в нее чистый сухой ареометр. Погружать ареометр в жидкость следует осторожно, не выпуская его из рук до тех пор, пока не станет очевидным, что он плавает. При этом ареометр должен находиться в центре цилиндра и ни в коем случае не касаться стенок и дна сосуда. Отсчет производят по делениям шкалы ареометра через 3-4 мин после погружения по нижнему мениску жидкости. В случае определения плотности темноокрашенных жидкостей отсчет производят по верхнему мениску. После определения ареометр моют, вытирают и убирают в специальный футляр.
Как определить плотность жидкости
После того, как вы определили и записали объем жидкости (V), поставьте снова эту емкость на весы, только что теперь она будет с жидкостью. Запишите новую массу и обозначьте ее m2. Зная массу пустого сосуда m1 и полного сосуда m2, определите массу жидкости m по формуле: m = m2 – m1. Теперь можно переходить непосредственно к определению плотности ро:
где m и V – масса и объем жидкости, найденные выше.
Помните, что объем жидкости измеряется, как правило, в килограммах на метр кубический или в граммах на сантиметр кубический. Поэтому переводите измеренные величины к одной или второй стандартной системе единиц измерения. Например:
1 миллилитр = 1 кубический сантиметр
1000 литров = 1 кубический метр
1 килограмм = 1000 грамм
Если сосуд с жидкостью достаточно большой, но вы знаете массу пустого сосуда m1 и массу наполненного сосуда m2, то можно поступить следующим образом. Сначала найдите массу жидкости в сосуде по формуле m = m2 – m1. Затем с помощью линейки или рулетки измерьте геометрические размеры сосуда: для прямоугольных сосудов измерьте высоту, ширину и длину, а для цилиндрических – диаметр и высоту. Для нахождения объема прямоугольного сосуда воспользуйтесь формулой:
где a – ширина, b – длина, h – высота сосуда.
Для нахождения объема цилиндрического сосуда возьмите формулу:
где pi – число Пи, равное 3,14, d – диаметр сосуда, h – его высота (высота уровня жидкости).
После нахождения объема найдите плотность жидкости, как и в предыдущем случае, по формуле ро = m / V.
Плотность воды: что это и при каких условиях какие имеет значения
Плотность вещества, как известно, различается по его состоянию. Существует всего три формы: жидкое, твердое и газ. Закономерно, что в большинстве случаев твердые вещества плотнее, чем жидкие и газообразные тела. Для вычисления используется формула (деление удельной массы на единицу объема) — p=m/V. Единицы того, в чем измеряется плотность, обычно составляют кг на м³, либо г на мл, если это жидкость. Но существует жидкое вещество, выбивающееся из общей структуры – исключением является вода.
Что такое плотность воды?
Вода уникальна тем, что это единственная материя, встречающаяся в трёх различных состояниях. Соответственно, в жидком она встречается повсеместно — это можно назвать исходной формой. Её твердое состояние — лёд, снег, а газообразное — водяной пар. Вещество в любой форме имеет одно химическое обозначение — H 2 O.
Каждая форма состояния воды имеет собственную характеристику:
Кроме того, твердая форма всегда имеет отрицательную температуру, то есть всегда холодная. Вода, в свою очередь, бывает любой температуры, но при высокой начинает испаряться — так, пар бывает только горячим. Впрочем, он остывает при смешивании с воздухом и растворяется, поднимаясь выше от источника.
Отличаются и другие характеристики: снег быстро растает, если его поместить в воду, а лёд будет какое-то время плавать. Снежную массу и воду можно окрашивать, а лёд и пар — нет. Конечно, получить цветные льдинки возможно, но для этого нужно замораживать окрашенную воду. Однако, следует учесть, что такое окрашивание может незначительно изменить параметр плотности из-за использованного красителя.
Плотность воды по-своему уникальна, поскольку замерзшей она имеет вес меньший, чем обычно. Соответственно, параметр также снижается. Иначе говоря, замерзшая вода на разных стадиях заморозки будет иметь вес всё меньше и меньше. Так, полностью заледеневшая вода имеет массу меньшую, чем снег. А водяной пар весит и того меньше, следовательно, его плотность также уменьшается и как её определить — неизвестно.
Параметр вычисляется массой, разделенной на единицы объема в кг на м³. Другие особенности:
Максимальный зарегистрированный параметр составил 1000кг на м³ при температуре в пределах 3-4°C. Увеличение и снижение показали схожие результаты на понижение плотности. Можно сделать вывод, что наибольшую плотность вода имеет в этом температурном диапазоне.
Какова плотность воды
Основная масса воды во многом зависит сразу от трёх факторов — солёности (либо наличия других добавок, которые повышают массу и температуру), сколько градусов составляет она сама, а также наличия постоянного давления. Причем вычислить точный параметр можно только при условии неизменности третьего фактора.
Разные типы воды (угнетение составляет 1атм, а данные приводятся ориентировочно):
Помимо морской, в которой параметр завышается из-за солей, есть ещё один вид воды с высокой концентрацией. Объем воды, залегающей в грунте, составляет в среднем 1010-1210 кг/м³, величина относительная и зависит от минерализации.
Вода по этому параметру близка по значению многим продуктам питания. Но напитки и соки, как правило, имеют большую массу, которая приравнивается к морской воде. Другие вещества значительно уступают: спирты намного легче, как и плотность нефти (730-940 кг/м³) и другого топлива. Наибольшей считается плотность ртути — она достигает 13,5 кг при комнатной температуре.
Разная плотность жидких веществ различно их характеризует. Те вещества, чья концентрация выше, чем у воды, начинают тонуть и смешиваться в результате. Другие остаются на поверхности. Таким образом, ртуть тонет и растворяется в воде, а нефть остается при разливе на поверхности. Ещё один пример: айсберги именно плавают, а не остаются статичными. Несмотря на большую массу, их плотность значительно меньше соленой океанской воды, это удерживает их на поверхности и заставляет дрейфовать.
Плотность воды и температура
Вода — это отдельная жидкость, которая остается в обычном состоянии при плюсовых температурах от 0 до 374°С. Последнее является критической отметкой, при которой образуется водяной пар, а всё, что ниже нуля — уже снег и лёд.
| t, °С | ρ, кг/м 3 | ρ, г/мл | t, °С | ρ, кг/м 3 | ρ, г/мл | t, °С | ρ, кг/м 3 | ρ, г/мл |
| 0 | 999 | 0,999 | 62 | 982,1 | 0,9821 | 200 | 864,7 | 0,8647 |
| 0,1 | 999 | 0,999 | 64 | 981,1 | 0,9811 | 210 | 852,8 | 0,8528 |
| 2 | 999 | 0,999 | 66 | 980 | 0,98 | 220 | 840,3 | 0,8403 |
| 4 | 1000 | 1 | 68 | 978,9 | 0,9789 | 230 | 827,3 | 0,8273 |
| 6 | 999 | 0,999 | 70 | 977,8 | 0,9778 | 240 | 813,6 | 0,8136 |
| 8 | 999 | 0,999 | 72 | 976,6 | 0,9766 | 250 | 799,2 | 0,7992 |
| 10 | 999 | 0,999 | 74 | 975,4 | 0,9754 | 260 | 783,9 | 0,7839 |
| 12 | 999 | 0,999 | 76 | 974,2 | 0,9742 | 270 | 767,8 | 0,7678 |
| 14 | 999 | 0,999 | 78 | 973 | 0,973 | 280 | 750,5 | 0,7505 |
| 16 | 999 | 0,999 | 80 | 971,8 | 0,9718 | 290 | 732,1 | 0,7321 |
| 18 | 998,6 | 0,9986 | 82 | 970,5 | 0,9705 | 300 | 712,2 | 0,7122 |
| 20 | 998,2 | 0,9982 | 84 | 969,3 | 0,9693 | 305 | 701,7 | 0,7017 |
| 22 | 997,8 | 0,9978 | 86 | 967,8 | 0,9678 | 310 | 690,6 | 0,6906 |
| 24 | 997,3 | 0,9973 | 88 | 966,6 | 0,9666 | 315 | 679,1 | 0,6791 |
| 26 | 996,8 | 0,9968 | 90 | 965,3 | 0,9653 | 320 | 666,9 | 0,6669 |
| 28 | 996,2 | 0,9962 | 92 | 963,9 | 0,9639 | 325 | 654,1 | 0,6541 |
| 30 | 995,7 | 0,9957 | 94 | 962,6 | 0,9626 | 330 | 640,5 | 0,6405 |
| 32 | 995 | 0,995 | 96 | 961,2 | 0,9612 | 335 | 625,9 | 0,6259 |
| 34 | 994,4 | 0,9944 | 98 | 959,8 | 0,9598 | 340 | 610,1 | 0,6101 |
| 36 | 993,7 | 0,9937 | 100 | 958,4 | 0,9584 | 345 | 593,2 | 0,5932 |
| 38 | 993 | 0,993 | 105 | 954,5 | 0,9545 | 350 | 574,5 | 0,5745 |
| 40 | 992,2 | 0,9922 | 110 | 950,7 | 0,9507 | 355 | 553,3 | 0,5533 |
| 42 | 991,4 | 0,9914 | 115 | 946,8 | 0,9468 | 360 | 528,3 | 0,5283 |
| 44 | 990,6 | 0,9906 | 120 | 942,9 | 0,9429 | 362 | 516,6 | 0,5166 |
| 46 | 989,8 | 0,9898 | 125 | 938,8 | 0,9388 | 364 | 503 | 0,503 |
| 48 | 988,9 | 0,9889 | 130 | 934,6 | 0,9346 | 366 | 488 | 0,488 |
| 50 | 988 | 0,988 | 140 | 925,8 | 0,9258 | 368 | 470 | 0,470 |
| 52 | 987 | 0,987 | 150 | 916,8 | 0,9168 | 370 | 448 | 0,448 |
| 54 | 986 | 0,986 | 160 | 907,3 | 0,9073 | 371 | 435 | 0,435 |
| 56 | 985 | 0,985 | 170 | 897,3 | 0,8973 | 372 | 418,1 | 0,4181 |
| 58 | 984 | 0,984 | 180 | 886,9 | 0,8869 | 373 | 396,2 | 0,3962 |
| 60 | 983 | 0,983 | 190 | 876 | 0,876 | 374,12 | 317,8 | 0,3178 |
Таблица плотности показывает основные значения, однако следует учитывать, что они приведены ориентировочно. На измерение, помимо температуры, может влияет масса факторов. Потому температуру в 20°С принимают как среднее между 19°С и 21°С. Также в таблице приведены значения, рассчитанные на обычной чистой воде. Морская или солёная будет иметь большую плотность, которую можно посмотреть в другой таблице.
Другая особенность, уже отмеченная ранее, заключается в том, как при повышении, так и при снижении температуры плотность уменьшается. Масса при нормальных условиях (приведенной температуре) отличается от концентрации на высоких температурах.
Смена агрегатного состояния существенно меняется, отсюда появилась характерная черта с колебаниями параметра в пределах измерений. Плотность льда приводится в значении 920 кг/м3, а пар всего сотые доли объема. При этом химия определяет один параметр измерения для всех состоянии.
Плотность воды: аномалия
Аномалия заключается в том, что жидкое состояние увеличивает плотность до температуры в 4°С, а далее — понижается. Другими словами, именно в этом отрезке вода достигает максимальной плотности. Но в других агрегатных состояниях параметр становится на порядок ниже: у пара его сложно рассчитать, он практически невесомый, а лёд и снег меньше почти на 100 кг.
Аномалии плотности воды вызывают следующие явления:
Отклонение в полной мере демонстрируется на примере льда. Он не тонет, поскольку его плотность меньше, чем у воды. Аналогичная ситуация складывается со снегом — он плавает на поверхности, пока не растает. При смешивании талой воды с обычной на поверхности появляются видимые разводы — это эффект смешивания, когда жидкость набирает аналогичную концентрацию. Однако в похожей ситуации с топливом или маслами такое не пройдет, они останутся на поверхности. Растаявший снег всё ещё вода, а другие жидкости ей не станут.
Свойство плотности имеет большое значение для живых организмов. Из-за него водоемы промерзают сверху вниз, позволяя выжить находящимся подо льдом формам жизни. Уникальные характеристики воды с её тремя состояниями только подтверждают мысль, что природа полностью гармонична.
Что такое плотность?
Все, что нужно знать об измерении плотности
Измерение плотности
Определения, формулы, факторы влияния, приборы, разница между плотностью и относительной плотностью и многое другое
Измерение плотности используется для контроля чистоты и концентрации образца, получения информации о его составе. Измерение плотности незаменимо в различных отраслях для обеспечения качества сырья и готовых продуктов.
Например, плотность сверхчистой воды при +20,00 °C составляет 0,998203 г/см 3 : отклонение от этого значения (с учетом допусков) означает, что в воде присутствуют примеси.
На этой странице представлена базовая информация об измерении плотности.
Перейдите в один из следующих разделов, чтобы узнать больше о плотности жидкостей.
1. Подробнее о плотности
Что такое плотность?
Плотность — это физический параметр, соответствующий массе определенного объема образца. Он зависит от плотности расположения молекул вещества в пространстве. Плотность обычно обозначается греческой буквой ρ («ро»). Кроме того, для обозначения часто используется латинская буква d.
Вы когда-нибудь задумывались о том, почему нефть остается на поверхности воды при разливе?
Расслоение жидкостей происходит из-за разности плотностей. На изображении представлены типовые значения плотностей.
A — масло для ламп (0,80 г/ см 3 )
B — протирочный спирт (0,87 г/см 3 )
C — растительное масло (0,91 г/ см 3 )
D — вода (0,99 г/ см 3 )
E — средство для мытья посуды (1,33 г/см 3 )
F — мёд (1,36 г/ см 3 )
2. Как измерить плотность жидкости
В таблице ниже приведены различные методы измерения, их преимущества и недостатки.
 | |||||
 | ||||
 | |||
 | ||
 | |
 |
 |
