08.12.10r

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET

TECHNOLOGICZNY w SZCZECINIE

WYDZIAŁ TECHNOLOGII I INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Zakład Chemii Fizycznej

Laboratorium Studenckie

Fizykochemia Środowiska

ĆWICZENIE 39

TEMAT: Pomiar gęstości cieczy i ciał stałych

Opracowali:

Agnieszka Gośka

Agnieszka Jakubiak

Rok IV

I WSTĘP

Gęstość to jedna z najważniejszych własności fizycznych, charakterystycznych dla danej substancji. Wyraża się ją jako stosunek masy danego ciała do jego objętości:

Pomiary gęstości ciał stałych mają duże znaczenie. Za pomocą pomiaru gęstości roztworów możliwe jest określenie stężenia ciała rozpuszczonego w roztworze.

Gęstość jest charakterystyczną stałą fizyczną wykorzystywaną w cukrownictwie, gorzelnictwie itp. Służy także to identyfikacji substancji chemicznych i oznaczania stopnia czystości. Śledząc zmiany gęstości substratów i produktów reakcji możemy na tej podstawie określać szybkość przebiegu reakcji chemicznych. Oprócz tego dokładne pomiary gęstości są konieczne do oznaczania ciężarów cząsteczkowych, momentów dipolowych, refrakcji molowej i innych własności fizycznych substancji chemicznych.

Do pomiaru gęstości cieczy stosuje się aerometry, wagę Mohra. Do wyznaczania gęstości ciała stałego stosuje się metodę piknometryczną.

Aerometr to urządzenie służące do mierzenia gęstości cieczy i gazów, w którym wykorzystuje się siły wyporu z jaką ciecz lub gaz działa na zanurzone w niej ciało stałe. Istnieją różne konstrukcje aerometrów. Do najprostszych należy aerometr obciążeniowy, który ma postać pustej rurki szklanej. Jej górna wydłużona część zaopatrzona jest w specjalną skalę, część dolna w postaci bańki wypełniona jest materiałem o dużej gęstości (np. rtęć, śrut itp.), co pozwala na utrzymanie pozycji pionowej przyrządu zanurzonego w cieczy. Aerometr po zanurzeniu w cieczy pływa po jej powierzchni w pozycji pionowej, a głębokość na jaką się zanurza dolna część aerometru wynika z różnicy między ciężarem aerometru a ciężaren wypartej przez aerometr cieczy. Na podziałce aerometru odczytuje się gęstość badanej cieczy.

Waga Mohra to belkowa waga umożliwiająca szybkie pomiary gęstości cieczy. Aparat ten pozwala wykonywać pomiary gęstości cieczy za pomocą prawa Archimedesa. Mierzoną wielkością jest siła wyporu cieczy. Jedno z ramion wagi Mohra podzielone jest na 10 równych działek o długości “a”, a na końcu tego ramienia zawieszony jest szklany sznurek. Za pomocą śruby przy podstawie ustawia się wagę w pozycji równowagi, którą wskazują ostrza.
W zagłębieniach nacięć zawiesza się specjalne ciężarki, których masy dobrane są w stosunku 1:0,1:0,01.

Metoda piknomteryczna

Przed wykonaniem pomiaru dokonuje się kalibracji piknometru. Polega ona na tym że przed napełnieniem wodą redestylowaną waży się suchy piknometr. Następnie napełnia się go wodą aż po brzegi, zamyka korkiem tak aby nie pozostały pęcherzyki powietrza. Piknometr wraz z cieczą kalibracyjną termostatuje się w określonej temperaturze, wyciera i waży. Z otrzymanych danych wyznacza się objętość piknometru.

Po kalibracji piknometru wyznacza się objętość i masę badanego ciała stałego. Najpierw oznacza się masę pustego piknometru, następnie masę piknometru wraz z ciałem stałym. Piknometr wraz z ciałem stałym napełnia się cieczą kalibracyjną, termostatuje w określonej temperaturze
i oznacza masę napełnionego piknometru. Gęstość ciała stałego oblicza się ze wzoru:

M- masa ciała stałego

P_w - masa piknometru z cieczą kalibracyjną [g]

P- masa piknomteru z cieczą kalibracyjną i ciałem stałym [g]

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie gęstości badanych cieczy za pomocą wagi Mohra oraz wyznaczenie gęstości kulki szklanej metodą piknometryczną

II ZESTAWIENIE WYNIKÓW POMIARÓW:

1. Pomiar gęstości ciała stałego (kulki szklanej) metodą piknometryczną:

Dokonywano w temperaturze 20^oC

Kalibracja piknometru:

m₀= 20,256 g

m_w= 31,664 g

ρ_w = 1g/cm³

Obliczenie objętości piknometru

V = m_w-m₀/ρ_w = 31,664-20,256/1 = 11,408 [g]

Obliczenie gęstości kulki:

m₀= 20,256 g

m_{piknometr z kulką} = 25,364 g

M= m_{piknometr z kulką} - m₀= 25,364-20,256=5,108 g

Pw= 31,664 g

P=35,076 g

ρ = M/P_w+M-P = 5,108/31,664+5,108-35,076 = 5,108/4,487 = 1,14 [g/cm³]

2. Pomiar gęstości cieczy za pomocą wagi Mohra:

Obliczenie gęstości badanych cieczy:

Woda destylowana:

Zrównoważono wypór hydrostatyczny zawieszając odważniki:

Odważnik 10 g na nożu 4 0,4 m₁= 4g

Odważnik 10 g na nożu 5 0,5 m₃= 5g

Odważnik 0,02 g na nożu 6 0,6 m₄= 0,006 g

Odważnik 1 g na nożu 9 0,9 m₅= 0,9 g

Suma m_i=m= 9,906 g

ρ = 0,1 m + 0,1 me+ 0,012 = 0,1*9,906 + 0,1*9,906*0,0002 + 0,0012=0,992 [g/cm3]

Sacharoza:

Zrównoważono wypór hydrostatyczny zawieszając odważniki:

Odważnik 10 g na nożu 3 0,3 m₁= 3 g

Odważnik 0,1 g na nożu 4 0,4 m₂=0,04 g

Odważnik 10 g na nożu 7 0,7 m₄= 7 g

Odważnik 0,02 g na nożu 9 0,9 m₅= 0,018 g

Suma m_i=m= 10,022 g

ρ = 0,1 m + 0,1 me+ 0,012 = 0,1*10,022 + 0,1*10,022*0,0002 + 0,0012=1,004 [g/cm3]

Gliceryna:

Zrównoważono wypór hydrostatyczny zawieszając odważniki:

Odważnik 0,1 g na nożu 2 0,2 m₁= 0,02 g

Odważnik 10 g na nożu 3 0,3 m₂=3 g

Odważnik 0,02 g na nożu 5 0,5 m₃= 0,1 g

Odważnik 10 g na nożu 9 0,9 m₄= 9 g

Suma m_i=m= 12,12 g

ρ = 0,1 m + 0,1 me+ 0,012 = 0,1*12,12 + 0,1*12,12*0,0002 + 0,0012=1,213 [g/cm3]

Chlorek sodowy:

Zrównoważono wypór hydrostatyczny zawieszając odważniki:

Odważnik 10 g na nożu 1 0,1 m₁= 1 g

Odważnik 0,1 g na nożu 7 0,7 m₂=0,07 g

Odważnik 10 g na nożu 9 0,9 m₃= 9 g

Suma m_i=m= 10,07 g

ρ = 0,1 m + 0,1 me+ 0,012 = 0,1*10,07 + 0,1*10,07*0,0002 + 0,0012=1,008 [g/cm3]

m- wartość masy odważników odniesiona do noża końcowego

e=0,0002

---