Густина

Густина речовини є однією з головних величин, що характеризують її властивості. Густина являє собою кількість маси речовини в об'ємі. Відповідно питома вага — це відношення ваги речовини до її об'єму. На практиці, поряд з абсолютними величинами густини (у кг/м3, г/м3, г/л та ін.), питомої ваги (Н/м3, кгс/м3 та ін.), частіше, особливо для характеристики рідин, користуються безрозмірними величинами — відносною густиною і відносною питомою вагою. Ці величини являють собою відношення густини або питомої ваги досліджуваної речовини до густини або питомої ваги порівнюваної з нею речовини (звичайно води) при 4 °С та 101,3 кПа (760 мм рт. ст.). Таким чином, чисельні значення відносної густини і відносної питомої ваги досліджуваної речовини рівні при постійних умовах.

Відносну густинуяк найважливішу фізичну константу варто проводити поряд з температурою кипіння. Густина має важливе значення для розпізнавання багатьох рідких ізомерів, характеристики сумішей, обчислення мольної рефракції і т. д.

Оскільки всі тіла змінюють свій об'єм залежно від температури, то, природно, і значення густини будуть коливатися при зміні температури. Так, при зниженні температури густина звичайно збільшується, а при підвищенні — зменшується. Дуже важливо, щоб зважування речовини і води одного і того ж об'єму проводилося при одній і тій же температурі. Різниця в 1 °С за інших рівних умов дає помилку у величині відносної густини, рівну 0,02—0,1 \%. Стандартна температура, при якій рекомендується визначати густину,— 20 °С. Значення відносної густини будь-якої речовини, отримане при цій температурі, позначається а|°. Якщо визначення густини проводять при іншій температурі ї, то відносну густину й розраховують за формулою:

й = \% - й • (1- Б),

де а1 — відносна густина рідини при ї, °С; Б — густина води, г/см3, при ї, °С.

Вимірювання густини рідин виконують за допомогою приладу пікнометра (рис. 1.97, а), який дозволяє одержувати значення густини

I. Техніка лабораторних робіт

з точністю до четвертого знака. У повсякденній практиці найчастіше використовують ареометри (рис. 1.97, б). Існують цілі набори ареометрів, розраховані для рідин з відносною густиною меншою одиниці. Вони дуже зручні, тому що дозволяють визначати відносну густину в широких інтервалах. Дуже зручні для роботи ареометри з вмонтованими в них термометрами, що дає можливість одночасно з визначенням густини вимірювати і температуру середовища.

Крім цих універсальних приладів існує ціла низка інших, призначених для визначення густин конкретних рідин або розчинів. Для визначення густини молока служать лактометри. Для визначення відносної густини біологічних рідин застосовують урометри. Для визначення вмісту міцності спирту використовують спиртометри (спиртоміри), що показують вміст етилового спирту в градусах, тобто у відсотках за об'ємом. Густину розчинів лужних і кислотних електролітів вимірюють денсиметрами.

Методика 1. Визначення відносної густини рідин за допомогою пікнометрів.

Пікнометр попередньо миють ацетоном, спиртом і ете-ром, після чого висушують, продуваючи в нього повітря ґумовою грушею (груша має трубку з капіляром, що вводять у корпус пікнометра). Чистий і сухий порожній пікнометр зважують на аналітичних вагах. Потім визначають «водяну константу» пікнометра, тобто масу в обсязі пікнометра, приведену до маси води при 4 °С (температурі, яка відповідає максимальній густині води). Для цього невелику кількість води (дистильованої) кип'ятять у склянці для видалення розчиненого в ній повітря протягом 10—15 хв. Охолодженою до 20 °С водою заповнюють пікнометр рис і р$ Визначення на 3—5 мм вище мітки, нанесеної на шийку. густини рідини за до-Пікнометр закріплюють у спеціальному дер- помогою пікнометра

Рис. Прилади для вимірювання густини: — пікнометри; б —ареометр

1.4. Найважливіші фізичні константи

жаку і занурюють у склянку з водою так, щоб рівень води в шийці пікнометра був нижче рівня води в термостатуючій склянці (рис. 1.98). У склянку, використану як термостат, опускають термометр і витримують протягом 20 хв при 20 °С. Температуру підтримують, додаючи в міру потреби теплу воду або шматочки льоду (можна використовувати спеціальний стаціонарний прилад-термо-стат). Верхню частину шийки і шліф пікнометра ретельно протирають шматочком фільтрувального паперу. Потім пікнометр закривають пробкою, виймають із термостата, ретельно витирають зовні і через 20—25 хв зважують на аналітичних вагах. Для обчислення маси води в об'ємі пікнометра при 4 °С складають пропорцію:

Маса води в об'ємі пікномет- Маса 1 мл води при 20 °С (величина, отримана при 20 °С (0,998) на при зважуванні)

Маса води в об'ємі пікномет- Маса 1 мл води

ра при 4 °С (х), «водяна констан- при 4 °С (1,00) та», шукана величина

«Водяна константа»для цього пікнометра — величина постійна. Після визначення водяної константи пікнометр висушують, наповнюють досліджуваною речовиною і поміщають на 15 хв у термостат. Потім зважують пікнометр з рідиною на аналітичних вагах з точністю до 0,0002 г. Відношення маси речовини цього пікнометра до величини «водяної константи» і є відносною густиною цієї речовини при 20 °С:

й420 = Я, х

де х — «водяна константа» використовуваного пікнометра;

ц> — маса речовини в об'ємі цього пікнометра при 20 °С.

Густину рідин з невеликою в'язкістю або дуже в'язких речовин зручніше визначати ареометрами, за допомогою спеціальних гідростатичних ваг Мора або гідростатичних пікнометрів. Існують пік-нометри-волюмоміри, призначені для визначення відносної густини порошкоподібних твердих тіл. У таких приладах для змочування твердих речовин застосовуються бензин і гас. За різницею рівнів названих розчинників до і після додавання речовини визначають об'єм узятої наважки. Густина твердого тіла буде рівною відношенню взятої наважки до знайденого об'єму. При виборі розчинника потрібно дотримуватись основної умови — речовина в ньому не повинна розчинятися.

Методика 2. Визначення відносної густини рідин за допомогою ареометра. Ареометри (рис. ) являють собою скляні трубки

I. Техніка лабораторних робіт

з розширенням донизу у вигляді кульки, заповненої шротом або спеціальною масою. У вузькій верхній частині ареометра є шкала з поділками. Найменші значення густини нанесені на шкалі вгорі, а найбільші — унизу, тому що глибина занурення ареометра тим більша, чим менша густина.

Для визначення відносної густини досліджувану рідину наливають у скляний циліндр без носика і бажано без поділок, місткістю від 250 до 500 мл. Розмір циліндра має відповідати розміру ареометра. Рідину не можна наливати в циліндр до країв, щоб уникнути її переливання при зануренні приладу. Занурювати ареометр треба обережно, не торкаючись стінок циліндра і не випускаючи з рук ареометра доти, поки непереконаєтеся, що він плаває.При визначенні густини ареометр має знаходитися в центрі циліндра і не торкатися дна. Відлік за поділками шкали ареометра роблять по верхньому меніску рідини. По закінченні роботи ареометр промивають у воді, витирають насухо і вкладають у спеціальний футляр. Ареометри виготовляються з тонкого скла, тому поводитися з ними треба дуже обережно.

Густина речовин залежить від їхньої структури і молекулярної маси. Вуглеводні звичайно легші за воду. Густина алканів менша від густини олефінів, а останні мають меншу густину, ніж ацетиленові вуглеводні з тим же числом атомів карбону в молекулі. На величину густини ненасичених вуглеводнів впливає і місцезнаходження кратного зв'язку. Переміщення подвійного чи потрійного зв'язку в середню частину молекули спричиняє збільшення густини речовин. Уведення в молекули вуглеводнів функціональних груп, що мають оксиген, призводить до збільшення густини, однак її значення залишається менше одиниці. З усіх органічних сполук, що містять оксиген, найменша густина в етерів. Сполуки, що мають дві і більше функціональних груп, звичайно важчі за воду. Густина, що перевищує одиницю, спостерігається ще й у насичених низькомолекулярних карбонових кислотах (наприклад, у мурашиної й оцтової). Цей факт пояснюється асоціацією молекул цих речовин.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ:

1. Які фізичні величини відповідають термінам «густина» і «питома вага»?

2. Як змінюється густина у залежності від температури?

3. За допомогою яких приладів можна визначити густину речовин?

4. Як правильно визначити густину рідини за допомогою ареометра?

 

 

Тема 8: Перегонка, екстракція,сублімація. Процеси випарювання та упарювання.

Мета:ознайомись з методами прегонки, екстракції ісублімації речовин.