Визначення густини твердих тіл пікнометром

Мета лабораторної роботи:

Ознайомлення з основами методики визначення густини твердих тіл за допомогою пікнометра.

Деякі теоретичні відомості

Якщо досліджуване тверде тіло обмежене складною поверхнею і має малі розміри то для визначення його густини використовують пікнометри. Пікнометри – це невеликі посудини певного сталого об’єму (своєрідні мірні колби). Майже всі пікнометри виготовляють із скла. Вони можуть мати кулясту або циліндричну форму(з круговою міткою на шийці), які закриваються або глухою пробкою, або притертою пробкою (рис.1 а,в) з капілярним отвором (рис.1 б).

Рис.1

Щоб визначити густину твердого тіла пікнометричним методом, як правило не менше ніж три рази послідовно виконують такі зважування на аналітичних терезах: 1) зважують досліджуване тіло в повітрі; 2) зважують пікнометр, наповнений дистильованою водою (або іншою допоміжною рідиною відомої густини), в повітрі; 3) зважують пікнометр, наповнений рідиною з зануреним в неї досліджуваним твердим тілом, у повітрі. З отриманих декількох значень маси тіла, маси пікнометра з водою, маси пікнометра з водою та зануреним у нього тілом для розрахунків густини досліджуваного твердого тіла слід брати середні арифметичні їх значення.

Порядок виконання роботи.

1. Дотримуючись правил і методик точного зважування зважте на аналітичних терезах тверде тіло, густину якого треба визначити, з точністю до 1 мг. Нехай його невиправлена маса в повітрі становить m.

2. Наповніть навчальний відкритий пікнометр, який використовується у даній лабораторній роботі (рис.2), за допомогою піпетки дистильованою водою кімнатної температури так, щоб її меніск знаходився на рівні кільцевої риски. При заповнені пікнометра рідиною треба стежити за тим, щоб у ньому не залишались бульбашки повітря. Для цього пікнометр зазвичай наповнюють рідиною, змушуючи її стікати по його внутрішніх стінках. Якщо рівень води у пікнометрі вищий, ніж положення кільцевої мітки на його шийці, то воду з пікнометра треба відібрати за допомогою піпетки чи фільтрувального паперу. Потім зовнішні стінки пікнометра треба старанно висушити фільтрувальним папером. Особливу увагу слід звернути на те, щоб зібрати рідину, яка залишилась на шийці пікнометра вище його кільцевої мітки і на пробці.

3. Зважте пікнометр з дистильованою водою на аналітичних терезах. Визначте масу пікнометра з дистильованою водою з точністю до 1 мг. З отриманих декількох значень маси беруть середнє. Нехай ця невиправлена маса на повітрі становить М.

4. Введіть у пікнометр досліджуване тверде тіло, слідкуючи за тим, щоб на ньому не залишилось бульбашок повітря. Потім відберіть надлишок води до нанесеної на шийці пікнометра кільцевої мітки. Дотримуючись усіх правил точного зважування, зважте пікнометр з твердим тілом та водою, що у ньому залишилась, на аналітичних терезах і визначте його масу з точністю до 1 мг. Позначте цю масу через М_В.

Одержимо формулу, яка дає можливість розрахувати густину твердого тіла за даними пікнометричних досліджень. Маса води m_В, яка була виштовхнута з пікнометра при введенні у нього твердого тіла, визначається за такою формулою . При цьому m_В визначає невиправлену масу дистильованої води в об’ємі, рівному об’єму твердого тіла. Поділивши масу води на густину води при температурі досліду , одержимо об’єм досліджуваного твердого тіла

.

Тоді невиправлена густина твердого тіла може бути визначена за формулою

. (1)

Формула (1) може бути використана для того, щоб визначити невиправлену густину твердого тіла без врахування втрати маси води і твердого тіла (за рахунок дії виштовхувальної сили Архімеда). Якщо врахувати ці втрати, то можна отримати остаточну формулу для визначення справжньої густини твердого тіла

, (2)

де густина повітря. За нормальних умов, тобто при температурі 0°С і тиску Р = 760 мм. рт. ст. густина повітря складає 0,001293 г/см³. Для кімнатних значень температури та середнього значення атмосферного тиску в кімнаті густину повітря можна вважати рівною 0.0012 г/см³.

5.Скориставшись формулами (1) і (2) та даними таблиці №1 розрахуйте за даними пікнометричних вимірювань невиправлену густину твердого тіла, його справжню густину, а також абсолютну і відносну похибки. Дані вимірювань і розрахунків запишіть у таблицю №2. Порівняйте між собою одержані значення. Зробіть висновки.

Таблиця №1

Залежність густини дистильованої води від температури

t, °C	d, г/см3	t, °C	, г/см3	t, °C	, г/см3	t, °C	, г/см3
	0,99913		0,99843		0,99753		0,99654
	0,99897		0,99823		0,99732		0,99626
	0,99880		0,99803		0,99707		0,99597
	0,99862		0,99780		0,99681		0,99567

Таблиця №2

№ досліду	m, г	M,г	MВ,г	t, °C	, г/см3	, г/см3	, г/см3

Література: [1-8,10-12]

Лабораторна робота №4