Badanie gęstości cieczy
Opracowanie:
dr Krystyna Kelar
PRZEDMIOT: Laboratorium badań chemicznych
TEMAT : Badanie gęstości cieczy
OBOWI
ZUJ
CE ZAGADNIENIA:
- mieszaniny niejednorodne
- roztwory i rozpuszczalność
- stężenie procentowe i molowe
- warunki pływania ciał
LITERATURA:
Broniewski T.: Metody badań i ocena właściwości tworzyw sztucznych, WNT, W-wa 2000
Praca zbiorowa pod redakcją Banaś J., Solarski W.: Chemia dla inżynierów, Uczelniane Wyd. Nauk.-Dydakt.,
Kraków 2003.
CEL ĆWICZENIA:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodą pomiaru gęstości cieczy przy wykorzystaniu wagi
hydrostatycznej Westphala-Mohra
ZAGADNIENIA TEORETYCZNE
Większość substancji, z którymi mamy do czynienia, to mieszaniny, czyli układy zawierające dwa lub
większą ilość składników. Jeżeli cząstki jakiejś substancji zostają równomiernie rozprowadzone w
innej substancji, powstaje tzw. układ dyspersyjny. Zbiór cząstek substancji rozproszonej nosi nazwę
fazy rozproszonej, a substancja, w której te cząstki są rozproszone, - fazy dyspersyjnej
(rozpraszającej). Tylko w nielicznych przypadkach, oglądając daną substancję, możemy stwierdzić, że
jest ona na pewno mieszaniną. Ma to miejsce w przypadku mieszaniny niejednorodnej
(heterogenicznej), której składniki zachowują swoje indywidualne cechy makroskopowe. Przykładami
takich mieszanin są: dymy, mgła, woda + benzyna, woda + olej. W układach tych można wyróżnić
więcej niż jedną fazę np. ciało stałe i gaz (dym), ciecz i gaz (mgła). Układ, w którym obie fazy:
rozpraszająca i rozpraszana są cieczami wzajemnie niemieszającymi się (emulsje), są bardzo
rozpowszechnione w przyrodzie. Emulsją jest mleko, masło, margaryna, majonez, farmaceutyki,
farby, a także mleczka i kremy kosmetyczne. Zwykle jedną z cieczy wchodzących w skład emulsji
jest woda. Aby emulsja była trwała tzn. nie ulegała rozwarstwieniu dodaje się do niej tzw.
emulgatory. Są to substancje zapobiegające łączeniu się cząsteczek fazy rozproszonej w większe
zespoły.
2
Mieszaniny niejednorodne cieczy i ciał stałych stosunkowo łatwo daje się rozdzielić na składniki
prostymi metodami fizycznymi, takimi jak np.: sączenie przez bibułę lub inny materiał porowaty,
wirowanie.
Znacznie częściej niż z mieszaninami niejednorodnymi mamy do czynienia z roztworami, czyli
mieszaniną dwóch lub więcej substancji, której składniki są nierozróżnialne nawet przy dużym
powiększeniu. Każda próbka roztworu, niezależnie od tego skąd została pobrana ma ten sam skład i
wykazuje te same makroskopowe właściwości fizyczne. Roztwory mogą być gazowe, stałe i ciekłe.
Proces mieszania substancji prowadzący do otrzymania mieszaniny jednorodnej nazywa się
rozpuszczaniem. Roztwory, podobnie jak związki chemiczne, są jednorodne makroskopowo, ale w
przeciwieństwie do związku chemicznego, którego cząsteczki są identyczne, roztwór jest niejednolity
molekularnie, tzn. zawiera co najmniej dwa rodzaje wymieszanych chaotycznie cząstek nie
związanych żadnym trwałym wiązaniem.
Najważniejsze są roztwory ciekłe, w których można wyodrębnić grupę roztworów będących
mieszaninami dwóch cieczy mieszających się ze sobą (np. alkohol etylowy i woda, toluen i
tetrachlorek węgla) oraz grupę roztworów, w których wśród cząsteczek cieczy będącej głównym
składnikiem roztworu (rozpuszczalnik) przemieszane są cząsteczki innych substancji  ciał
rozpuszczonych.
Tylko niektóre substancje łączą się ze sobą w każdym stosunku. Na ogół rozpuszczalność substancji
w określonym rozpuszczalniku jest ograniczona. W danej temperaturze istnieje stan równowagi
dynamicznej pomiędzy roztworem a nadmiarem substancji rozpuszczonej (w jednostce czasu tyle
samo cząsteczek przechodzi z kryształu do roztworu co wbudowuje się w sieć krystaliczną). Roztwór
taki nazywamy roztworem nasyconym. Dla każdej temperatury istnieje inny stan równowagi
pomiędzy stężeniem substancji w roztworze, a jej nadmiarem w postaci osadu.
Maksymalną liczbę gramów substancji, jaką w danych warunkach ciśnienia i temperatury można
rozpuścić w 100 g rozpuszczalnika tworząc roztwór nasycony nazywamy rozpuszczalnością.
Rozpuszczalność jest jedną z charakterystycznych właściwości substancji. Zależy ona od takich
czynników jak temperatura, ciśnienie i rodzaj rozpuszczalnika. Rozpuszczalność większości
substancji stałych w wodzie rośnie wraz ze wzrostem temperatury, natomiast rozpuszczalność gazów
w wodzie maleje ze wzrostem temperatury i rośnie ze wzrostem ciśnienia.
Ze względu na stężenie substancji rozpuszczonej możemy wyróżnić trzy typy roztworów:
ROZTWÓR NASYCONY - który w danej temperaturze osiągnął stężenie substancji rozpuszczonej
równe jej rozpuszczalności
3
ROZTWÓR NIENASYCONY - roztwór, w którym w danej temperaturze stężenie substancji
rozpuszczonej jest mniejsze niż to wynika z jej rozpuszczalności.
ROZTWÓR PRZESYCONY - roztwór, który w danej temperaturze osiągnął stężenie substancji
rozpuszczonej większe od jej rozpuszczalności.
ROZPUSZCZALNOŚĆ
1. Rozpuszczalność różnych substancji w wodzie zwykle przedstawia się w postaci wykresu
przedstawiającego zależność wartości rozpuszczalności od temperatury.
2. Sól nazywamy rozpuszczalną jeżeli rozpuszcza się w ilości większej niż 1g na 100 g wody.
Sól trudno rozpuszczalna, to taka sól, która rozpuszcza się w granicach 0,1 - 1 g na 100 g
wody. Jeżeli rozpuszczalność soli wynosi mniej niż 0,1 g / 100 g wody sól nazywamy
nierozpuszczalną.
Ogólnie:
- Wszystkie azotany są rozpuszczalne
- Chlorki, bromki i jodki są również rozpuszczalne - z wyjątkiem soli srebra, ołowiu i rtęci.
- Siarczany są rozpuszczalne z wyjątkiem soli ołowiu, baru i strontu. Siarczan wapnia (gips) jest
trudno rozpuszczalny.
- Większość soli sodowych, potasowych i amonowych dobrze rozpuszcza się w wodzie.
ST
ŻENIA
Do podstawowych sposobów wyrażania stężeń roztworów należą stężenia procentowe i molowe.
Stężenie procentowe określa liczbę gramów substancji, która jest zawarta w 100 gramach roztworu.
np. Ocet 6%, zawiera w 100 g roztworu 6 g kwasu octowego (czyli składa się z 6g kwasu i 94g
wody).
Wzór na obliczanie stężenia procentowego:
msub
cp = �"100 %
mroz
gdzie:
cp - stężenie procentowe, % mas.
msub - masa substancji rozpuszczonej, g
mroz - masa roztworu, g
Zwykle przy sporządzaniu roztworów substancje ciekłe odmierza się zamiast odważać. Aby
przeliczyć masę na objętość niezbędna jest znajomość gęstości danej substancji, którą wyraża się
wzorem:
4
msub
� = g/cm3
V
� - gęstość substancji, g/cm3,
msub - masa substancji rozpuszczonej, g
V  objętość, cm3
Często przeprowadzając reakcje między roztworami wodnymi, musimy wiedzieć ile moli substancji
zawiera dany roztwór.
Stężenie molowe określa jaka liczba moli substancji znajduje się w 1 dm3 roztworu
n
cmol = mol/dm3
v
gdzie:
cmol - stężenie molowe, mol/dm3
n- liczba moli substancji, mol
V - objętość roztworu, dm3
Liczbę moli oblicza się ze wzoru:
msub
n = mol
M
gdzie:
n- liczba moli substancji,
msub - masa substancji rozpuszczonej,
M - masa molowa substancji
PA
YWANIE CIAA

Zachowanie się ciał stałych w cieczy podyktowane jest wzajemną relacją siły wyporu i siły
ciężkości. Zgodnie z prawem Archimedesa, siła wyporu działająca na ciało zanurzone w cieczy (lub
jego część) równa jest co do wartości ciężarowi cieczy wypartej przez zanurzone ciało (lub jego
część).
Ciało tonie, gdy gęstość ciała jest większa od gęstości cieczy w której zanurzone jest ciało:
�ciała > �cieczy
Ciało pływa całkowicie zanurzone, jeśli gęstość ciała i gęstość cieczy są sobie równe:
�ciała = �cieczy
Ciało pływa częściowo zanurzone, gdy gęstość ciała jest mniejsza od gęstości cieczy, w której jest
zanurzone:
�ciała < �cieczy
5
WYKONANIE ĆWICZENIA:
1. Zapoznać się z budową i zasadą działania wagi hydrostatycznej Westphala-Mohra
2. Oznaczyć gęstość wody destylowanej
3. Przygotować po 200 g wodnych roztworów NaCl o stężeniu: 2% (4 g NaCl + 196 g wody); 5%
(10 g NaCl + 190 g wody); 10% (20 g NaCl + 180 g wody); 15% (30 g NaCl + 170 g wody); 20%
(40 g NaCl + 160 g wody).
4. Zmierzyć gęstość powyższych roztworów metodami:
a) przy użyciu wagi i cylindra miarowego:
- Pomiar masy pustego naczynia (zlewki)
m1 = . . . g
- Odmierzenie 100 cm3 badanej cieczy za pomocą cylindra miarowego
V = . . . cm3
- Przelanie cieczy z cylindra miarowego do zlewki
- Zmierzenie masy cieczy z naczyniem
m2 = . . . g
- Obliczenie masy cieczy
m = m2 - m1
m = . . . g
- Obliczenie gęstości cieczy
Dane:
m = . . . g
V = 100 cm3
Szukane:
� = ?
Obliczenia:
b) przy wykorzystaniu wagi hydrostatycznej Westphala-Mohra
Wyniki pomiarów zestawić w tabeli i porównać uzyskane wyniki
Masa roztworu Objętość roztworu Gęstość Gęstość
[g/cm3] (met. [g/cm3] (met.
Stężenie roztworu [g] [cm3]
cylindra i wagi) wagi hydrostat.)
2 %
5 %
10 %
15 %
20 %
5. Sporządzić wykres: zależności gęstości roztworu od stężenia  wyciągnąć wnioski
6
6. Roztwór NaCl o stężeniu 10% podgrzać do temperatury: 30; 40; 50oC - każdorazowo zbadać
gęstość roztworu przy użyciu wagi hydrostatycznej Westphala-Mohra  wyciągnąć wnioski -
zależność gęstości roztworu od temperatury
7. Przy użyciu wagi hydrostatycznej Westphala-Mohra zmierzyć gęstość toluenu, tetrachlorku węgla
oraz mieszaniny obu rozpuszczalników. Wiedząc, że gęstość dwóch cieczy mieszalnych jest
wielkością addytywną określić w jakim stosunku wagowym zmieszane zostały oba rozpuszczalniki w
mieszaninie.
7