Wersja z dnia: 2008-02-25 Wyznaczanie gęstości metodą piknometryczną Gęstości ciała (ρ) jest definiowana jako masa (m) jednostkowej objętości tego ciała (V). Jeśli ciało jest jednorodne, to jego gęstość możemy znaleźć dzieląc masę ciała m przez jego objętość V: Piknometr jest naczyniem gwarantującym stałość objętości wypełniającego go ośrodka, przy zachowaniu stałości temperatury. Najczęściej wykonany ze szkła na ogół w kształcie kolby objętości 10-100 cm 3 z dokładnie doszlifowanym korkiem, w środku którego znajduje się otwór pozwalający na wypłynięcie nadmiaru cieczy. Średnica tego kanalika powinna być jak najmniejsza, aby zapobiec parowaniu cieczy zawartej w piknometrze. Przy badaniu cieczy o dużej lotności (eter etc.) często na końcówkę korka nanosi się kroplę oleju pełniącą dodatkową barierę zabezpieczającą przed stratami masy na skutek parowania badanej cieczy. Metoda piknometryczna jest metodą porównawczą. Wyznaczanie gęstości substancji ciekłych W przypadku wyznaczanie gęstości cieczy należy określić następujące masy: m P masa pustego i suchego piknometru m PW masa cieczy wzorcowej wypełniającej piknometr m PC masa badanej cieczy umieszczonej w piknometrze Jako cieczy wzorcowej najczęściej używa się wody, gdyż dobrze znana jest zależność jej gęstości od temperatury (Tabela 1). Znając gęstość cieczy wzorcowej ( ) oraz jej masę (m W ) z dużą dokładnością można ustalić jej objętość tj. objętość piknometru.
Gęstość badanej cieczy znajdujemy z wyrażenia: Ponieważ: Wówczas: Wyznaczanie gęstości substancji stałych W przypadku wyznaczanie gęstości cieczy należy określić masy: m P masa pustego i suchego piknometru m PW masa cieczy wzorcowej wypełniającej piknometr m PC masa badanej cieczy umieszczonej w piknometrze oraz dodatkowo: m S masa ciała stałego m PWS masa piknometru z wodą i zanurzonym w niej ciałem stałym Oznaczając przez V S objętość ciała stałego, jego masę można wyrazić zależnością: gdzie: V S jest masą wody wypartą z piknometru przez ciało stałe. Po przekształceniu otrzymujemy wzór na objętość ciała stałego: Uwzględniając definicję gęstości:
Ponieważ objętość piknometru jest znacznie większa od objętości odważników należy zastanowić się czy w powyższych rozważaniach nie należałoby uwzględnić siły wyporu, która powoduje, że masa rzeczywista ciała ważonego m* jest większa niż masa odważników m O : gdzie: V objętość ciała ważonego, V odw objętość odważników, ρ P gęstość powietrza. Po kilku przekształceniach otrzymujemy: gdzie: ρ C gęstość ciała ważonego, ρ odw gęstość odważników. Wielkość poprawki (wyrażenie w nawiasie) zależy od gęstości ciała ważonego. Ze względu na symetrię wzoru służącego do obliczania gęstości cieczy, dwie takie poprawki uwzględnione przy ważeniu cieczy badanej i cieczy wzorcowej wzajemnie znoszą się, jeśli tylko gęstości obu cieczy nie różnią się dużo (gdyż we wzorze tym występuje stosunek mas obu cieczy). Im ta różnica jest mniejsza, tym mniejszy jest błąd systematyczny metody piknometrycznej. Metoda piknometryczna jako metoda porównawcza pomiaru gęstości posiada dwie ważne zalety: Brak potrzeby znajomości dokładnej objętości piknometru; Usunięcie konieczności uwzględniania poprawki spowodowanej wyporem powietrza; W przypadku wyznaczenia gęstości ciała stałego nie ma potrzeby uwzględniania omawianej poprawki, gdyż jego objętość jest mała (bliska objętości odważników).
Wykonanie oznaczenia: 1. Przemyć piknometr acetonem i dokładnie wysuszyć 2. Zważyć za pomocą wagi analitycznej suchy piknometr z korkiem (m P ) 3. Napełnić piknometr badaną cieczą osuszając bibułą jego ścianki boczne z nadmiaru cieczy wypływającej po włożeniu korka. Po ustaleniu się równowagi termicznej pomiędzy cieczą w piknometrze a otoczeniem, zważyć piknometr z badaną cieczą (m PC ) 4. Opróżnić, umyć i osuszyć piknometr 5. Wypełnić piknometr wodą destylowaną i postępując jak w pkt. 3 całość zważyć (m PW ) 6. Odczytać temperaturę panującą w pomieszczeniu (lub jeśli jest taka możliwość temperaturę wody w piknometrze), a następnie odczytać z odpowiedniej tabeli gęstość wody destylowanej w tej temperaturze. - - - 7. Zważyć badane ciało stałe bezpośrednio na szalce wagi. Objętość ciała stałego powinna być mała tzn. bliska objętości odważników (m S ) 8. Wsypać ciało stałe do piknometru wypełnionego wodą destylowaną i całość zważyć postępując jak w pkt. 3 (m PWS ). Uwaga: Przy napełnianiu piknometru cieczą i jego ważeniu należy unikać ogrzewania piknometru dłońmi, ponieważ pod wpływem ciepła ciecz powiększa swą objętość i wypływa na zewnątrz. Należy szczególnie zwrócić uwagę na to, aby cała objętość piknometru była wypełniona cieczą.
Tabela 1. Gęstość wody w różnych temperaturach 0 999,87 21 998,02 42 991,47 1 999,93 22 997,80 43 991,07 2 999,97 23 997,56 44 990,66 3 999,99 24 997,32 45 990,25 4 1000,00 25 997,07 46 989,82 5 999,99 26 996,81 47 989,40 6 999,97 27 996,54 48 988,96 7 999,93 28 996,26 49 988,52 8 999,88 29 995,97 50 988,07 9 999,81 30 995,67 51 987,62 10 999,73 31 995,37 52 987,15 11 999,63 32 995,05 53 986,69 12 999,52 33 994,73 54 986,21 13 999,40 34 994,40 55 985,73 14 999,27 35 994,06 60 983,24 15 999,13 36 993,71 65 980,59 16 998,97 37 993,36 70 977,81 17 998,80 38 992,99 75 974,89 18 998,62 39 992,62 80 971,89 19 998,43 40 992,24 85 968,65 20 998,23 41 991,86 90 965,34