(4-14)

де m1 - маса гир, що врівноважують тверда речовина в повітрі при температурі t, г; m2 - маса гир, що врівноважують речовина, занурене в рідину, при тій же температурі, г; рж - щільність рідини, в якій проводять зважування при температурі t, г / см3; p "oM = 0,0012 г / см3.

Одним з основних джерел похибок при гідростатичному зважуванні твердої речовини є вплив поверхневого натягу і в'язкості рідини, що знижують чутливість ваг. Крім того, метод ускладнюється тим, що потрібна спеціальна підготовка твердої речовини, який мав би включати навіть найдрібніших бульбашок повітря і мати порожнечі і тріщини.

Якщо ваги з поплавком калібровані при 20 ° С, то допустимі відхилення температури рідини ± 5 ° С не вимагають спеціальних поправок.

Визначення щільності за допомогою пікнометра використовують, коли необхідні точні вимірювання. Для визначення щільності рідини проводять три зважування: порожнього пікнометра (m1 г), пікнометра, заповненого чистою водою до певної позначки (m2, г), і пікнометра, заповненого досліджуваною рідиною до тієї ж позначки (m3, г). Перші два зважування дозволяють встановити справжню ємність пікнометра, а перше і третє - масу досліджуваної рідини в обсязі пікнометра.

Щільність рідини pt при температурі t дорівнюватиме (за однакової кількості температур води і рідини):

(4.15)

де рв - щільність чистої води при температурі t; рвозд - щільність повітря при тій же температурі (близько 0,0012 г / см3).

якщо знехтувати щільністю повітря і прийняти щільність води при 20 ° С дорівнює 0,99820 г / мл.

Щільність рідини визначають наступним чином. Вимитий і просушений пікнометр зважують на аналітичних вагах, потім заповнюють його свіжою дистильованою водою до рівня трохи вище мітки або до країв капілярної трубки (див. Рис. 76, а, ж) і витримують в термостаті при 20 ° С не менше 30 хв, регулюючи температуру в межах ± 0,1 ° С. При особливо точних вимірах температуру слід підтримувати постійної з точністю 0.01 ° С. Для контролю за температурою води всередині пікнометра застосовують термопари і термометри опору.

Коли температура води в пікнометра, а отже, і її рівень перестануть змінюватися, надлишок води над міткою (капилляром, пришліфованою поверхнею, видаляють або за допомогою піпетки з капілярним кінцем, або смужкою фільтрувального паперу. Після цього пікнометр закривають пробкою і ретельно обтирають зовні шматком лляної або батистовою тканини, яка не залишає на поверхні пікнометра волокон, дають йому можливість прийняти температуру навколишнього повітря і зважують. Цю операцію повторюють 2-3 рази і знаходять середнє значення мас .

Аналогічно зважують пікнометр з досліджуваної рідиною, попередньо висушивши його. При точних вимірах досліджувану рідину до термостатирования нагрівають до кипіння, щоб видалити розчинений в ній повітря, охолоджують до кімнатної температури і тільки після цього заливають в пікнометр.

При визначенні щільності летючої рідини в розрахунки може бути внесена похибка через наявність над її рівнем деякого об'єму газової фази. Похибка викликана різницею в щільності газової фази (повітря + пар) в піктометром і зовнішнього повітря. Вона збільшується зі зростанням парціального Тиску пара, відмінностей в молекулярних масах пара і повітря, з ростом обсягу, заповненого газом.

Тому для піктометром типів а, г і ж (див. Рис. 76) необхідна поправка на масу пара. Якщо капіляри в піктометром типів в і д (див. Рис. 76) досить довгі і вузькі, то газовий простір вважають вільним від пара досліджуваної легколетучего рідини.

(4.17)

де Vп - обсяг заповненого паром простору над рідиною, мл; р8 + п _ щільність суміші повітря і пари.

Значення рв + п знаходять з рівняння

(4.18)

де рп - парціальний тиск пари рідини, атм; Mж - молярна маса

леткої рідини; р - атмосферний тиск, атм; ровом - щільність повітря приймається 0,0012 г / мл; R - універсальна газова постійна, рівна 82,0566 млатм / (моль-К).

Величину такої поправки можна визначити з конкретного прикладу. У піктометром типу г (см. Рис. 76) місткістю 25 мл знаходиться етиловий ефір. Обсяг, заповнений парою (від мітки до пробки пікнометра), дорівнює Vп = 3,0 мл, а парціальний тиск пара рп = 0,571 атм при 20 ° С (знайдено з таблиць). Беручи рвозд = 0,0012 г / мл і вважаючи, що повітря, насичене парами ефіру, має тиск 1 атм, отримаємо:

Отже, вага пікнометра з етиловим ефіром без поправки був би завищений на 3,3 мг. Щоб виміряти в піктометром щільність твердої речовини, проводять три зважування: досліджуваного речовини на повітрі (т, г), пікнометра, наповненого чистою водою або іншою рідиною з відомою щільністю, з якою тверда речовина не взаємодіє (m1, г), і пікнометра, наповненого тієї ж рідиною з зануреним в неї досліджуваним речовиною (m2, г). Щільність твердої речовини р, знаходять із співвідношення

(4.19)

де рж - щільність допоміжної рідини при температурі Л

Тверда речовина насипають в пікнометр або у вигляді відносно великих кристалів, що проходять через горло пікнометра, або у вигляді подрібненого до порошкоподібного стану і висушеного в сушильній шафі протягом 1-2 ч при 105-110 ° С. Якщо тверда речовина таку температуру не витримує, то його висушують в вакуум-ексикаторі над відповідним реагентом.

Мал. 86. волюмометрії: пікнометричним (а) і капілярний (б)

Пікнометр з порошком заповнюють на 2/3 рідиною і поміщають на 0,5-1,0 ч на водяну баню, нагріту до 60-70 ° С, для видалення з частинок порошку абсорбованого повітря, при цьому пікнометр час від часу струшують. Потім пікнометр охолоджують і далі проводять операції так само як з рідиною, у якій треба встановити щільність. Для кращого проникнення рідини в капіляри порошку рекомендують приєднувати пікнометр під час його нагрівання на водяній бані до вакууму.

Допоміжна рідина повинна мати низький тиск пари, змочувати тверда речовина і стінки пікнометра, а її щільність не повинна бути більша за густину твердої речовини. В якості такої рідини застосовують толуол, ксилол, бензол, бензин, етанол і інші органічні рідини. Вибір рідини багато в чому визначає значення похибки при вимірюванні щільності твердої речовини. Щільність допоміжної рідини встановлюють одним з описаних вище способів.

Волюмометріческій метод визначення щільності твердих речовин заснований на вимірюванні об'єму допоміжної рідини, витісненої твердою речовиною. Якщо навішування твердої речовини mв, а обсяг витісненої ним допоміжної рідини Vж, то щільність речовини рв легко визначається з рівняння

(4.20)

Для вимірювання використовують Пікнометри з градуйованим горлом (рис. 86, а) або пробірки з капіляром (рис. 86, б). такі судини отримали назву волюмометрії (франц. olurne - обсяг + грец. metreo - міряю).

У волюмометрії типу а наливають допоміжну рідину і доводять її рівень в термостаті з температурою 20 ° С до нульової позначки на горлі Потім всипають обережно точну наважку подрібненої речовини mb і вміст волюмометрії злегка струшують, щоб рідина змила з внутрішньої поверхні горла все пристали до неї частки речовини . Після цього волюмометрії поміщають в термостат, налаштований на 20 ° С, і витримують в ньому 20-40 хв. Потім відзначають рівень рідини на горлі. Це буде значення Vж в мл. Щільність розраховують за формулою (4.20).

Пробірку волюмометрії типу б (див. Рис. 86, б) перед визначенням щільності закріплюють вертикально в штативі, при цьому капіляр буде спрямований трохи вгору. У пробірку наливають допоміжну рідину 2 так, щоб частина її дійшла до позначки L0. Потім обережно вводять попередньо зважений сухий порошок досліджуваного речовини 3, при цьому меніск рідини в капілярі зміщується до позначки L1. Далі з піпетки доливають в пробірку точно відомий обсяг допоміжної рідини, що призводить до переміщення меніска до позначки L2. Обсяг твердої речовини буде дорівнює:

(4.21)

де Vп - обсяг рідини, доданої з піпетки; Vж - обсяг витісненої рідини, або обсяг твердої речовини.

При вимірах треба стежити за рівністю температур допоміжної рідини, піпетки і пробірки з капіляром і за відсутністю бульбашок повітря.

Інші частини:

4.6. Визначає густину рідких і твердих речовин. Частина 1

4.6. Визначає густину рідких і твердих речовин. Частина 2

До змісту