Kosmetologia I˚ 1 rok Gr. 15PR	Wyznaczanie gęstości ciał stałych sypkich i cieczy za pomocą piknometru. Pomiar gęstości cieczy za pomocą areometru. Ćwiczenie 1.	05.11.09r.
			Joanna Głąb Magdalena Ładniak Małgorzata Małka

1. Wstęp teoretyczny

Prawo Archimedesa- podstawowe prawo hydro- i aerostatyki określające siłę wyporu.

Na ciało zanurzone w płynie (cieczy, gazie lub plazmie) działa pionowa, skierowana ku górze siła wyporu. Wartość siły jest równa ciężarowi wypartego płynu. Siła ta jest wypadkową wszystkich sił parcia płynu na ciało.

Pomiary gęstości płynów ustrojowych i produktów przemiany materii są jedną z

metod diagnostycznych.

Gęstością bezwzględną nazywamy stosunek masy do objętości danego ciała (cieczy):

ρ=
[ρ]=kg/m³

Gęstość względna to stosunek gęstości bezwzględnej ciała (cieczy) do gęstości

bezwzględnej cieczy wzorcowej, najczęściej wody, w tej samej temperaturze:

Jeżeli objętość badanego ciała (cieczy) i wody są sobie równe, to gęstość

względną wyraża wzór:

d=

Ciężar ciała : P=m*g [kg*
] = [N]

Ciężar właściwy γ=
[kg*
*
= N/
]

Gęstość większości substancji zależy od temperatury w sposób odwrotnie

proporcjonalny tzn. wraz ze wzrostem temperatury gęstość maleje. Związane jest to ze zjawiskiem rozszerzalności objętościowej ciał.

Nietypową zależność gęstości od temperatury wykazuje woda. W zakresie

temperatur poniżej zera gęstość spada w miarę podwyższania się temperatury, natomiast w przedziale od 0°C do 4°C gęstość wzrasta osiągając maksymalną wartość w temperaturze 4°C (wartość ta w przybliżeniu wynosi 1g/
). Powyżej tej temperatury gęstość wody maleje zgodnie ze zjawiskiem rozszerzalności objętościowej cieczy.

Metody wyznaczania gęstości cieczy i ciał stałych za pomocą:

1. Ważenia i mierzenia objętości.

2. Wagi hydrostatycznej

3. Piknometru

4. Areometru

Ad.2

Waga hydrostatyczna - umożliwia pomiar gęstości ciała (szczególnie o nieregularnych kształtach) w oparciu o prawo Archimedesa. Stanowić ją może zwykła waga analityczna umieszczona na specjalnym statywie tak, aby móc zawiesić ważone ciało od dołu szalki wagi. Badaną próbkę ciała zawieszoną na cienkim druciku (o masie zaniedbywalnie małej) ważymy dwukrotnie: raz w powietrzu, drugi raz w cieczy wzorcowej, najczęściej wodzie destylowanej. Wskazania wagi w drugim przypadku są mniejsze (pomniejszone o siłę wyporu, skierowaną przeciwnie do siły ciężkości).

Jeśli chcemy wyznaczyć gęstość cieczy za pomocą wagi hydrostatycznej to musimy

wykonać następujące czynności:

1. Wyznaczyć przy pomocy wagi szalkowej masę obciążnika -
   

2. Wyznaczyć masę obciążnika, zanurzonego w wodzie destylowanej -
   

3. Wyznaczyć masę obciążnika, zanurzonego w badanej cieczy -
   

4. Obliczyć gęstość badanej cieczy:

Objętość zanurzonego obciążnika: V=

- gęstość wody destylowanej

Gęstość badanej cieczy: d =
=
*

Ad.3

Piknometr- naczynie (zwykle szklane) przeznaczone do pomiaru gęstości cieczy i ciał stałych poprzez ważenie. Typowy piknometr ma postać małego naczynka o objętości 1-100
zamkniętego doszlifowanym korkiem z przenikającą go kapilarą, niekiedy zaopatrzony w termometr. Pozwala na dokładny pomiar masy cieczy przy ściśle określonej objętości. Metoda piknometryczna jest jednym z najprostszych sposobów wyznaczania gęstości cieczy (metod densymetrycznych).

Odpowiednia seria ważeń pozwala obliczyć dokładnie gęstość badanej substancji.

Są 4 rodzaje piknometrów:

• Z otworem kapilarnym

• Z termometrem i rurką kapilarną

• Kapilarny w kształcie litery „U” stosowany do cieczy lotnych

• Ze znakiem i doszlifowanym korkiem

1. Ważymy osuszony piknometr wraz z korkiem.

2. Napełniamy piknometr wodą destylowaną. Nadmiar wody usuwamy za pomocą bibuły. Ważymy piknometr wypełniony wodą.

3. Napełniamy piknometr badaną cieczą usuwając jej nadmiar za pomocą bibuły i na-pełniony piknometr ważymy.

4. Ważymy piknometr wypełniony do 2/3 pojemności badanym śrutem.

5. Piknometr napełniamy wodą usuwając jej nadmiar. Ważymy piknometr z wodą i śrutem.

rys.1: piknometr

Ad.4

Areometr - 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.

Istnieje wiele konstrukcji areometrów. W najprostszym wariancie (tzw. areometr obciążeniowy) jest to pusta rurka szklana, której 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. Areometr po zanurzeniu w cieczy pływa po jej powierzchni w pozycji pionowej. Głębokość na jaką się zanurza dolna część areometru wynika z różnicy między ciężarem areometru a ciężarem wypartej przez areometr cieczy. Znając masę i objętość areometru, na podstawie głębokości na jaką się zanurzył i w oparciu o prawo Archimedesa można w przybliżeniu obliczyć gęstość analizowanej cieczy.

Rys.2: Areometr

2. Przebieg ćwiczenia

Materiały i przyrządy:

• Piknometr

• Waga laboratoryjna

• Zestaw areometrów

• Suszarka

• Woda destylowana

• 10% roztwór gliceryny

• Ciało stałe: kulki Pb

• Alkohol etylowy do przemywania piknometru (około 1ml)

1. WYZNACZANIE GĘSTOŚCI BEZWZGLĘDNEJ CIAŁA STAŁEGO

1. Doświadczenie rozpoczęłyśmy odmierzeniem ołowianych kulek w ilości odpowiadającej 1/3 do ½ objętości piknometru.

2. Następnie wyznaczyłyśmy masę tych ołowianych kulek za pomocą wagi laboratoryjnej :

= 38,387g

3. Napełniłyśmy piknometr wodą destylowaną, zamknęłyśmy go korkiem i wyznaczyłyśmy jego masę również przy pomocy wagi laboratoryjnej:

= 79,725g

4. Ostrożnie wrzuciłyśmy odważone kulki ołowiane do piknometru wypełnionego wodą, zamknęłyśmy go korkiem i wyznaczyłyśmy jego masę (waga laboratoryjna):

= 117,902g

5. Obliczyłyśmy gęstość bezwzględną ołowiu według podanego równania:

ρ =
*ρ

ρ =
* 1g/
= 182,795g/

Następnie porównałyśmy nasz wynik z wartością tablicową i obliczyłyśmy błąd względny tablicowy procentowy:

Wartość tablicowa gęstości Pb
= 113,437g (w 20
)

Błąd względny tablicowy procentowy:

d =
* 100% =
*100% =
% = 61,142%

2. WYZNACZANIE GĘSTOŚCI BEZWZGLĘDNEJ CIECZY

1. Najpierw za pomocą wagi laboratoryjnej wyznaczyłyśmy:

• Masa pustego piknometru wraz z korkiem :
  = 38,325g

• Masa piknometru napełnionego wodą destylowaną (wartość z poprzedniej części doświadczenia) :
  = 79,725g

• Masa piknometru wypełnionego badaną cieczą (25% roztwór gliceryny) :
  = 81,815g

2. Następnie wyznaczyłyśmy gęstość 25% roztworu gliceryny za pomocą piknometru:

ρ =
* ρ
=
* 1g/
= 1,06 g/
= 1060 g/

3. Wyznaczyłyśmy gęstość 25% roztworu gliceryny za pomocą odpowiedniego areometru:

= 1055g/

4. Porównałyśmy nasz pomiar z wartościami tablicowymi i określiłyśmy błędy pomiarowe (błąd względny i bezwzględny):

Wartości tablicowe dla 25% roztworu gliceryny = 1059,7 kg/
= 1059,7 g/

Błędy pomiarowe:

• Błędy bezwzględne:
  g/
  - 1059,7 g/
  = 0,3 g/
  

= | 1055 g/
= 4,7 g/

• Błędy względne: ��1=
  * 100% = 0,028%

��2 =
* 100% = 0,44%

3. Obserwacje

Wyznaczone przez nas gęstości przy pomocy piknometru i areometru nie są równe wartościom tablicowym. W przypadku pomiaru A, czyli wyznaczaniu gęstości bezwzględnej ciała stałego błąd względny procentowy wynosi nawet ponad 61%.

W przypadku pomiaru B, czyli wyznaczaniu gęstości bezwzględnej cieczy, błędy pomiarowe są znacznie mniejsze, wartości przez nas wyznaczone są bardzo zbliżone do wartości tablicowych zarówno w przypadku pomiaru za pomocą piknometru jak i areometru.

4. Wnioski

Za pomocą piknometru można wyznaczyć gęstość ciał stałych oraz cieczy, a za pomocą areometru można wyznaczyć gęstość cieczy, jednak trzeba brać pod uwagę błędy pomiarowe, które są nieuniknione podczas pomiarów gęstości substancji tymi przyrządami w normalnych warunkach i które powodują, że uzyskane przez nas wyniki będą mniej lub bardziej odchylone od wartości tablicowych. Przyczyną tych odchyleń mogą być np. pęcherzyki powietrza, które tworzą się w piknometrze wypełnionym wodą destylowaną. Aby wynik był jak najbardziej zbliżony do tablicowego, należy ograniczać tego typu przyczyny.

1

---