Определение плотности растворов

В химических исследованиях очень часто приходится определять плотность. Плотностью вещества [P] называют отношение массы [m] тела к его объему [V]:

r=m/v

Плотность тела не зависит от его местонахождения на Земле, в то время как удельный вес изменяется в зависимости от того, в каком месте Земли его измерять. В ряде случаев предпочитают пользоваться так называемой относительной плотностью, представляющей собой отношение его плотности к плотности другого вещества при определенных условиях.

Обычно плотность раствора увеличивается с увеличением концентрации растворенного вещества (если оно само имеет плотность больше, чем растворитель). Но имеются вещества, для которых увеличение плотности с увеличением концентрации идет только до известного предела, после которого при увеличении концентрации происходит уменьшение плотности. Например, уксусная кислота имеет максимальную плотность при концентрации 77-79%, а 100%-ная уксусная кислота имеет ту же плотность, что и 41%-ная. Относительная плотность зависит от температуры, при которой ее определяют. Поэтому всегда указывают температуру, при которой делали определение, и температуру воды. В справочниках это показывают при помощи соответствующих индексов, например d²⁰₄; Приведенное обозначение указывает, что относительная плотность определена при температуре 20⁰С и за единицу для сравнения взята плотность воды при температуре 4⁰С. Встречаются также и другие индексы, обозначающие условия, при которых производилось определение относительной плотности.

Таким образом, при определении относительной плотности необходимо отмечать температуру, при которой оно проведено. Если измерение проведено не при той температуре, которая указана в справочнике, то вводят поправку, вычисляемую методом интерполяции.

Относительную плотность жидкостей чаще определяют при помощи ареометров (рис. 34).

Как пользоваться ареометром. Закон плавания тел Архимеда положен в основу устройства ареометра. Ареометр представляет собой стеклянную трубку, расширенная (нижняя) часть которой заполнена балластом - чистой и сухой металлической дробью, залитой слоем смолы с температурой плавления не ниже 80⁰С. При плавании на поверхности жидкости ареометр погружается на большую или меньшую глубину в

Отметки на шкале растут сверху вниз. Чем меньше относительная плотность жидкости, тем глубже погружается в нее ареометр. Поэтому на его шкале вверху нанесено наименьшее значение относительной плотности, которое можно определить данным ареометром, внизу - наибольшее. Например, у ареометров для жидкостей с относительной плотностью меньше единицы внизу стоит 1,000, выше 0,990, еще выше 0,980 и т. д. Промежутки между цифрами разделены на более мелкие деления, позволяющие определять относительную плотность с точностью до третьего десятичного знака. У наиболее точных ареометров шкала охватывает значения относительной плотности в пределах 0,2- 0,4 единицы (например, для определения плотности от 1,000 до 1,200, от 1,200 до 1,400 и т.д.). Такие ареометры обычно продают в виде наборов, которые дают возможность определять относительную плотность в широком интервале. Иногда ареометры снабжены термометрами, что позволяет одновременно измерять температуру, при которой проводятся определение. Отсчет показаний производится по нижнему мениску. Ареометр применяется обычно для точных измерений в жидкостях с близкими значениями плотностей (например, растворы разной концентрации). Точность измерения достигается благодаря тому, что отросток со шкалой делают тонким: тогда даже малым изменениям плотности отвечают заметное изменение глубины погружения. При измерении плотности испытуемую жидкость помещают в стеклянный цилиндр, в который свободно может вместиться ареометр, и при температуре жидкости 20⁰С осторожно опускают в нее чистый сухой ареометр, на шкале которого предусмотрена приблизительно ожидаемая величина плотности. Ареометр не выпускают из рук до тех пор, пока не станет очевидным, что он не тонет; при этом необходимо следить, чтобы ареометр не касался стенок и дна цилиндра. Отсчет производят через 3-4 минуты после погружения по делению на шкале ареометра, соответствующему нижнему мениску жидкости. При отсчете глаз наблюдателя должен быть на уровне мениска. После определения ареометр обмывают водой (если определялась плотность водных растворов), вытирают и убирают в специальный футляр или в ящик.

Если определяют относительную плотность жидкости, нерастворимой в воде, то нужно обмыть ареометр каким-нибудь органическим растворителем.

Ареометр требует осторожного обращения (его можно легко разбить), что нужно всегда помнить при работе с ним.

Существуют специальные ареометры, сразу дающие нужную характеристику жидкости. Так, для спирта имеются специальные спиртометры, сразу показывающие процентное содержание спирта; для молока применяются так называемые лактометры, показывающие содержание жира в молоке, и т.п.