تعیین وزن مخصوص مایعات


تئوری:

مروری بر مفهوم چگالی
واحدها:
در اندازه گیری چگالیجامدات و مایعات معمولا جرم را برحسب گرم (g) یا کیلوگرم (Kg) و حجم را برحسبسانتیمتر مکعب (cm3)یا مترمکعب (m3)بیان می کنند. که در این صورت چگالی برحسبواحدهای کیلوگرم بر مترمکعب (Kg/m3)یا گرم بر سانتیمتر مکعب(g/cm3)می سنجند. چگالی نشانگر این است که جرم ماده تا چه حد متراکم شده است. مثلا ، سرب یک مادهچگال است زیرا مقدار زیادی از آن در حجم کوچکتر متراکم شده از طرف دیگر چگالیآزمایش های مربوط به هوا بسیار کم است.

چگالی نسبی:
وزن مخصوص یک ماده برابر نسبت چگالی آن , به چگالی یک ماده مرجع است که بطور قراردادی ماده مرجع برای مایعات آب و برای گازها هوا در نظر گرفته می شود. بطور مثال برای اندازگیری وزن مخصوص مایعات، نسبت وزن مایع مورد ازمایش را به وزن اب هم حجم در دمای مشخص به دست می اورند. دلیل این کار این است که وزن مخصوص مایعات تابع درجه حرارت و فشار آزمایشگاه است. دستگاه هایی که در آزمایشگاه برای اندازه گیری وزن مخصوص به کار می روند تحت تأثیر فشار آزمایشگاه هستند (تقریبا یک اتمسفر) ؛ بنابراین وزن مخصوص اندازه گیری شده به وسیله دستگاه تنها تابع درجه حرارت خواهد بود. وزن مخصوص محلول ها علاوه بر فشار و دما تابع غلظت محلول نیز هستند. می توان به وسیله رسم منحنی وزن مخصوص بر حسب غلظت (در فشار و دمای ثابت) غلظت محلول های نامعلوم را به دست آورد.

تعیین وزن مخصوص (چگالی نسبی )
برای اندازه گیری وزن مخصوص مایعات از دو نوع وسیله استفاده می شود:
وسیله اول پیکنومتر است که بر اساس تعیین مستقیم وزن و حجم مایع وزن مخصوص را اندازه می گیرد. نوع دوم ترازوی وستفال (Westphal) است که بر اساس قانون ارشمیدس وزن مخصوص را اندازه می گیرد.

پیکنومتر :
عبارتست از ظرف شیشه ای که سرپوش آن به لوله بسیار باریکی منتهی می شود، مجموع دستگاه و لوله باریک حجم معینی دارد، این حجم به علت انبساط شیشه در مقابل بالا رفتن دما تابع آن است و برای اندازه گیری دقیق وزن مخصوص باید حجم پیکنومتر را در دماهای مختلف تعیین کرد. برای این کار کافی است ابتدا وزن خالی پیکنومتر را معین کرده، بعد آن را در دماهای گوناگون با آب مقطر پر و وزن آب را به دست آورد از این طریق با داشتن وزن مخصوص آب در دماهای مختلف می توان حجم پیکنومتر و وابستگی آن را به دما به دست آورد.(در این آزمایش حجم پیکنومتر ثابت فرض می شود)

شکل (1) : پیکنومتر ساده
ترازوی وستفال(Westphal) :
این ترازو دارای یک حباب شیشه ای است که داخل آن چند وزنه قرار داده شده است. حجم آن ثابت و معین است. حباب به وسیله سیمی که در ترازوهای دقیق از طلای سفید ساخته شده به یک طرف شاهین تراز وصل است. روی این شاهین شیارهایی وجود دارد که با قرار دادن وزنه های مختلف روی آن ها می توان ترازو را میزان کرد.
ترازوی وستفال مورد استفاده در اژمایشگاه دارای سه نوع وزنه است که هر کدام از آن ها را می توان روی هر یک از ده شیار شاهین قرار داد. شیارها از یک تا ده شماره گذاری شده اند. این ترازو به آسانی می تواند وزن مخصوص مایعات سبک تر از آب را اندازه بگیرد.


شکل (2) : ترازوی وستفال



روش کار

چگالی مایع مجهول را می توان با استفاده از پیکنومتر بدست اورد. ابتدا پیکنومتر را شسته و با استفاده از استن کاملا خشک می کنیم. سپس ان را وزن می کنیم (m1). حال ان را به ترتیب با محلول کلرید سدیم با درصد وزنی 2% پر کرده درب آن را قرار داده و مجددا توزین می نماییم (m2)(در این حالت می بایست جدار خارجی پیکنومتر کاملا خشک باشد.). این کار را برای محلول های 5% ، 7% و 8% وزنی از کلرید سدیم و یک محلول مجهول دیگر تکرار می کنیم و دانسیته هر کدام از محلول ها را از روشی که در پایین ذکر شده محاسبه می کنیم.
پیکنومتر خالی : m1=23.59 g
NaCl 2% : m2=49.6g
NaCl 5% : m2=49.74 g
NaCl 7% : m2=50.3 g
NaCl 8% : m2=50.57 g
محلول مجهول : m2=50.24 g

محاسبات :
1) دانسیته محلول های آب و نمک را محاسبه کنید.
2) کسر مولی آب و کلرید سدیم را در هر یک از محلول ها تعیین کنید.
3) منحنی دانسیته بر حسب تغییرات کسر مولی را برای کلرید سدیم رسم کرده و کسر مولی محلول مجهول را تعیین کنید.
4) درصد وزنی محلول مجهول را تعیین کنید.

: محلول 2% وزنی (1


: محلول 5% وزنی (2


: محلول 7% وزنی (3


: محلول 8% وزنی (4


: محلول مجهول (5






کسر مولی سدیم کلرید


x


وزن مخصوص


(g/ml)


0.006


1.04048


0.015


1.05


0.021


1.068


0.023


1.0792


x


1.07




تعیین کسر مولی کلرید سدیم در نمونه مجهول از روی نمودار با نرم افزار :
0.0175



سؤال :
- برای تعیین چگالی جامدات چه روشی وجود دارد ؟
1) مقداری آب به حجم V1 درون استوانه خالی می ریزیم .
2) جرم استوانه پر (m1)را با ترازو اندازه می گیریم .
3) مقداری از جسم جامد را به آرامی درون استوانه ریخته وحجم ثانویه (V2)آن را اندازه می گیریم .
4) جرم استوانه پر همراه با جامد(m2)را اندازه می گیریم .
جرم ماده جامد : m = m2 – m1
حجم ماده جامد : V = V2 – V1
5) با استفاده از رابطه روبرو چگالی بدست می آید :
* درصورتی که جسم جامد قابل توزین کردن باشد مقدار m را می توان مستقیما با وزن کردن آن بدست آورد.