Как измерить плотность с помощью пикнометра

Назначение пикнометра – определение плотности веществ, находящихся в разных состояниях: твердом, жидком, газообразном. Данный прибор представляет собой стеклянный сосуд. Измерения могут проводиться практически при любых температурах, так как стекло, из которого изготовлен пикнометр, не расширяется.

Применение пикнометрического метода

Данный метод был изобретен в 1859 году Д.И. Менделеевым. Суть метода заключается в следующем: вес вещества, помещенного в пикнометр, измеряется при определенной температуре и в определенном объеме. Определение плотности пикнометром происходит следующим образом:

1. Взвесить сухой стеклянный сосуд.
2. Подогреть сосуд и воду до той температуры, при которой будет происходить измерение плотности исследуемого вещества.
3. Подогретую воду налить в пикнометр. При этом надо следить за тем, чтобы температура не изменялась.
4. Взвесить сосуд вместе с налитой в него водой.
5. Вылить воду из сосуда, а сам сосуд высушить в специальной печи.
6. Исследуемое вещество налить в пикнометр. Надо следить за температурой: она должна быть такой же, как и при заполнении сосуда чистой водой.
7. Взвесить пикнометр вместе с налитым в него веществом.

Весь процесс определения плотности необходимо повторить не менее трех раз, после этого следует рассчитать среднее значение.

При соблюдении всех требований можно обеспечить точное равенство объема исследуемого вещества объему воды при любой температуре. Благодаря этому можно будет подсчитать плотность вещества по формуле:

Р = (М2 – М) : (М1 – М) × Рводы.

Расшифровка формулы:

• М – масса пикнометра;
• М1 – масса сосуда с водой;
• М2 – масса сосуда с исследуемым веществом;
• Рводы – плотность воды.

Точность пикнометрического метода

Метод обеспечивает высокую точность измерений, поэтому его применяют тогда, когда нужны максимально точные результаты. Погрешность составляет 0,1 %. Точные результаты можно получить только при взвешивании на высокоточных весах и в условиях строгого постоянства температуры. Надо отметить, что данный метод является достаточно трудоемким и сложным.

Сфера применения пикнометрического метода

Необходимость измерения плотности предусмотрена стандартами многих стран. Этот показатель необходим для определения:

• качества продукции;
• массы некоторых веществ для проведения коммерческих расчетов (к примеру, нефти);
• содержания и концентрации в продукции отдельных компонентов;
• свойств конечного продукта.

Также он необходим:

• для получения сведений о составе исследуемого вещества;
• измерения концентрации травильных растворов и гальванических жидкостей, используемых в поточной линии.

Основные сферы, в которых применяется метод:

• химическая промышленность,
• нефтегазовая промышленность,
• пищевая промышленность,
• фармацевтика,
• электрохимия.

Метод определения плотности пикнометром не подходит для материалов, имеющих очень высокую стоимость. Это связано с тем, что для проведения исследований понадобится большое количество такого материала.

Преимущества метода

• Полученные результаты будут максимально точными.
• Прибор стоит относительно недорого.
• Метод подходит для работы как с вязкими, так и летучими веществами.
• Для исследований можно использовать небольшое количество жидкости.
• Операции термостатирования вещества в пикнометре и взвешивания проводятся раздельно.

Что такое плотность материала. Зачем ее определять на производстве

Плотность – это физическая величина, которая рассчитывается как отношение массы тела к его объему.

Относительная плотность – это отношение плотности исследуемого материала к плотности эталонного вещества. В качестве эталона чаще всего выступает плотность дистиллированной воды. Ее плотность при разных температурах колеблется в пределах 998,203-999,973 кг/м³.

В Международной системе единиц указано, что плотность должна измеряться в кг/м³. Но на практике часто используют и другие единицы: г/см³, г/л, т/м³ и др. Показатели плотности для разных материалов находятся в довольно обширных диапазонах измерений.

Для чего необходимо определять плотность в производственных условиях? Данный параметр является одним из основных при производстве многих видов продукции. Он оказывает непосредственное влияние:

• на внешний вид готового продукта;
• физико-технические свойства;
• огранолептические свойства;
• вес;
• стоимость;
• потребительские характеристики.

Измерение плотности готовой продукции в лабораторных условиях необходимо для осуществления контроля качества. Полученные результаты сравнивают с утвержденными нормами показателей, и на основании этого делают выводы. Изменение плотности в ту или иную сторону пагубно отразится на качестве конечного продукта.

Измерение плотности жидкостей

• Сначала взвешивают пустой пикнометр (Мо).
• Затем сосуд взвешивают с набранной в него водой (М1).
• После этого определяют массу сосуда в исследуемой жидкостью (М2).

Объем пикнометра определяется так:

V = М1 : Pо,

где Pо – плотность дистиллированной воды.

Затем рассчитывают плотность жидкости:

Pж = Мж : V = Pо × ((М2 – Мо) : (М1 – Мо).

Определение плотности твердого тела

Исследуемый материал засыпается в пикнометр в виде дробинок или небольших кусочков. Расчеты производят исходя из следующих данных:

• М – общая масса дробинок;
• М1 – масса пикнометра, заполненного водой.

При погружении дробинок в стеклянный сосуд они вытеснят объем воды, равный своему объему. Уровень оставшейся воды надо довести до метки пикнометра. М3 – масса пикнометра с водой и опущенными в нее дробинками.

Масса вытесненной воды рассчитывается так: (М1 + М – М3).

Объем вытесненной воды определяется так:

V = (М1 + М – М3) : Ро.

С учетом этого искомая плотность твердого тела определяется по формуле:

Ртв. тела = М : V = Ро × (М : (М1 + М – М3)).

Как определяется истинная плотность материала

Истинная плотность – это масса единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (без пор и пустот). Для проведения исследования материал необходимо измельчить так, чтобы в частичках не оставалось пор.

Последовательность действий приведена далее:

1. От измельченной пробы надо взять навеску массой 0,01 г и высыпать ее в пикнометр. Затем налить дистиллированную воду до половины объема сосуда и поставить в наклонном положении на песчаную баню.
2. Кипятить 15-20 минут, затем охладить сосуд с содержимым до комнатной температуры в емкости с водой.
3. Когда пикнометр остынет – надо долить в него воду и снова взвесить.
4. После этого содержимое надо вылить, а сосуд тщательно вымыть.
5. Налить в пикнометр воду и взвесить его.

Расчет истинной плотности будет проводиться по формуле:

Р = ((М × Рж) : (М + М2 – М3)) × 1000,

где М – навеска материала, г;

М2 – масса сосуда с водой, г;

М3 – масса сосуда с навеской и водой, г;

Рж – плотность воды, г/см³.

Пример расчета:

Р = (0,01 × 0,999) : (0,01 + 0,065 – 0,051) × 1000 = 412,5 кг/м³.

Вывод

Пикнометрический метод дает точные результаты, но он требует длительного и сложного термостатирования. В условиях непрерывного производства более эффективным будет применение гелиевого пикнометра. Это автоматический прибор, который обеспечивает быстрое и точное измерение объема и вычисление истинной плотности различных материалов: порошков, паст, концентрированных суспензий, жидкостей, твердых материалов и пр. Узнать больше сведений о приборе и заказать его можно здесь http://chimbiolab.ru/laboratornoe-oborudovanie/analiticheskoe-oborudovanie/accupic-1340.htm. Осуществляется доставка по всей России.