Густина речовин
Примітка. Щільність це якісна характеристика розташування частин тіла або об'єктів без прогалин. Характеризує кількість елементів, що припадає на одиницю довжини, площі, об’єму. Ареометр. У розчинах, що складаються з двох компонентів з різною температурою кипіння, існує функціональна залежність між густиною розчину і його концентрацією при даній температурі. Це дає можливість визначати на практиці концентрацію розчинів за допомогою ареометрів (інша назва денситометр) (рис.4.2). Застосування ареометра засноване на тому, що плаваюче тіло занурюється в рідину до тих пір, поки маса витісненої ним рідини не стане дорівнювати масі самого тіла (закон Архімеда). У розширеній нижній частині ареометра вміщений вантаж, на вузькій верхній частині нанесені поділки, що вказують щільність рідини в г/см3де знаходиться ареометр. Ціна поділки звичацно 0,001 г/см3.
а б Рис. 4.2. Ареометр (а) та вимірювання густини ареометром (б): 1 – шкала; 2 – баласт; 3 – визначувана рідина
Ареометри загального призначення дозволяють вимірювати щільність рідин в діапазоні 0,700 - 1,840 г/см3. Випускають набори, що містять від 10 до 25 ареометрів, кожен з яких розрахований на свій інтервал вимірів щільності, наприклад від 0,700 до 0,760 г/см3. Перед визначенням щільності необхідно вибрати ареометр з потрібною межею вимірів. Якщо ареометр призначений для виміру щільності більшої, ніж вимірювана, то він тоне в розчині, якщо навпаки, то рідина виштовхує його. Слід пам'ятати, що щільність води складає 1 г/см3 при температурі 20оС, а водні розчини солей і більшості неорганічних кислот мають більш високу щільність. Для виміру щільності розчину рідину наливають в скляний циліндр з діаметром, що перевищує діаметр ареометра, і заввишки не меншою, ніж довжина ареометра. Потім ареометр обережно опускають в рідину. Вимір роблять, якщо ареометр вільно плаває в розчині, не торкаючись дна і стінок циліндра. Показання визначають по нижньому краю меніска рідини (мал. 2, б). Відлік ділень шкали робиться зверху вниз. Концентрацію досліджуваного розчину знаходять, користуючись табличними даними про щільність залежно від концентрації розчину. Щільність водних розчинів хлориду натрію приведена в таблиці 3. Ареометри можуть бути проградуйовані не в одиницях густини, а в одиницях концентрації певного розчину для визначення концентрації якого вони призначені. Такі прилади мають назву, що відповідає їх призначенню: - для вимірювання розчинів етилового спирту застосовують спиртометри; - для визначення вмісту жиру в молоці - бутирометри; - для виміру концентрації цукру - цукрометри. Часто для вираження концентрації речовини (наприклад, сірчаної кислоти) користуються значенням густини її розчину (таблиця 4.4). Таблиця 4.4 Залежність густини розчинів H2SO4 від її масової долі у водному розчині при 25 °C
Визначення концентрації. Концентрація це кількість розчиненої речовини в одиниці маси або об'єму розчину або розчинника. На практиці найчастіше користуються наступними способами вираження концентрації: 1. Приготування розчинів із заданою масовою долею з наважки солі Масова доля це відношення маси даного компонента в розчині до загальної маси цього розчину. Масова доля може бути виражена в долях одиниці, відсотках (%), проміле (тисячна частина %). Масова доля компонента, виражена у відсотках, показує, скільки грамів компонента міститься в 100 г розчину. Концентрація розчину це масова доля розчиненої речовини, тобто відношення маси розчиненої речовини m1 до загальної маси розчину m, виражена у відсотках.
де: m1 — маса розчиненої речовини в г, m — загальна маса розчину в г. Якщо масова доля розчиненого хлориду натрію в розчині дорівнює 3%, то це означає, що в 100 г розчину міститься 3 г хлориду натрію і 97 г води. Процентну концентрацію розчину називають також масовою долею розчиненої речовини. Хід роботи Завдання 1. Приготувати 30 мл 25% -ий розчин MgSO4. 1. Розрахувати наважку солі: 25% -ий розчин означає, що в 100 г такого розчину міститься 25 г MgSO4, а в 30 г розчину - х г солі, звідки х = (25∙ 30): 100 = 7,5 г. Зважити 7,5 г безводної солі MgSO4, перенесять наважку в стаканчик. 2. Розрахунок кількості води для приготування 30 мл розчину: Vводи = 30 г розчину ─ 7,5 г солі MgSO4 = 22,5 г або 22,5 мл води Мірним циліндром відміряйте 22,5 мл води (або зважити на вагах 22,5 г води) і долийте в стаканчик до наважки при перемішуванні до повного розчинення. Вийде 30 г розчину, в якому масова доля MgSO4 складає 25 %. 3. Якщо для приготування 25%-вого розчину MgSO4 буде надана тільки кристалогідратна сіль MgSO4 ∙7H2O, то необхідно розрахувати, в якій кількості MgSO4 ∙7H2O міститься 25 г солі MgSO4. Для такого розрахунку необхідно вирахувати М.м. солі MgSO4 ∙7H2O та солі MgSO4, скориставшись таблицею Мендєлєєва. Далі за пропорцією вирахувати в якій кількості солі MgSO4 ∙7H2O міститься 25 г солі MgSO4 і зважити розраховану кількість солі MgSO4 ∙7H2O. Відповідно, на приготування такого розчину піде менше води, тому що частина її вже міститься в кристалогідраті. Завдання 2. Приготувати 250 мл 5 % водного розчину хлориду натрію або калію з готового концентрованого розчину цієї солі та води. 1. Отримайте у лаборанта розчин солі хлориду натрію або калію. 2. Заміряйте густину отриманого розчину NaCl або KCl невідомої концентрації ареометром. Для цього розчин перелийте в мірний циліндр. Рівень рідини має бути нижче верхнбого краю циліндра на 3-4 см. Обережно опустіть ареометр в розчин. Ареометр не повинен торкатися стінок циліндра. Відлік густини рівня необхідно робити зверху вниз. 3.За таблицею 4.5 знайдіть і запишіть концентрацію даного розчину у %, що відповідає даній густині. 4. Розрахуйте масу солі в г, яка міститься в 250 мл 5% розчину та об'єм концентрованого розчину, що містить цю масу речовини. 5. Мірною піпеткою відберіть розрахований об'єм концентрованого розчину, переносіть в колбу або стакан. 6. Знаючи заданий об'єм розбавленого розчину (250 мл), вирахуйте скільки г води необхідно додати до концентрованого розчину. Для цього: 250 мл - Vконц. р-ну = Vводи. 7. Мірним циліндром по нижньому меніску відміряйте необхідний об'єм дистильованої води і додайте до відміряного піпеткою концентрованого розчину. Таблиця 4.5 Густина розчинів NaCl та KCl в г/см3, що відповідає різним концентраціям у %
3. Об'ємна доля (об'ємний відсоток, частина) - безрозмірна величина, рівна відношенню об'єму речовини в суміші до об'єму всієї суміші. Позначається буквою φ.
Об'ємна доля обчислюється за формулою: V1 φ = ------ V де: V1 - об'єм розчиненої речовини в одиницях об'єму, V - загальний об'єм розчину в тих же одиницях. Використовується для розчинів рідких речовин - концентрація розчину або об'ємна концентрація рідкої речовини в розчиннику або для сумішей газів - об'ємна концентрація газу в суміші газів, узятих при нормальних умовах. Безрозмірна величина, зазвичай виражається в відсотках. При малих концентраціях, наприклад, домішки токсичних газів в повітрі, часто використовують мільйонні долі (англ. - ppm - parts per million, "долей на мільйон", 1 ppm = 0,0001 об.%, 1 об.% = 10000 ppm). Приклад: "вміст олії 1 % об." означає, що 1 % від об'єму цього розчину складає олія. При змішуванні кількох рідин (наприклад, етанолу і води) сумарний об'єм суміші змінюється. Тому, для спиртних напоїв використовується поняття "градус міцності" - об'ємна концентрація етанолу у воді.
|
