Чем измеряют плотность воды

Плотность воды: что это и при каких условиях какие имеет значения

Плотность вещества, как известно, различается по его состоянию. Существует всего три формы: жидкое, твердое и газ. Закономерно, что в большинстве случаев твердые вещества плотнее, чем жидкие и газообразные тела. Для вычисления используется формула (деление удельной массы на единицу объема) — p=m/V. Единицы того, в чем измеряется плотность, обычно составляют кг на м³, либо г на мл, если это жидкость. Но существует жидкое вещество, выбивающееся из общей структуры – исключением является вода.

Что такое плотность воды?

Вода уникальна тем, что это единственная материя, встречающаяся в трёх различных состояниях. Соответственно, в жидком она встречается повсеместно — это можно назвать исходной формой. Её твердое состояние — лёд, снег, а газообразное — водяной пар. Вещество в любой форме имеет одно химическое обозначение — H 2 O.

Каждая форма состояния воды имеет собственную характеристику:

Кроме того, твердая форма всегда имеет отрицательную температуру, то есть всегда холодная. Вода, в свою очередь, бывает любой температуры, но при высокой начинает испаряться — так, пар бывает только горячим. Впрочем, он остывает при смешивании с воздухом и растворяется, поднимаясь выше от источника.

Отличаются и другие характеристики: снег быстро растает, если его поместить в воду, а лёд будет какое-то время плавать. Снежную массу и воду можно окрашивать, а лёд и пар — нет. Конечно, получить цветные льдинки возможно, но для этого нужно замораживать окрашенную воду. Однако, следует учесть, что такое окрашивание может незначительно изменить параметр плотности из-за использованного красителя.

Плотность воды по-своему уникальна, поскольку замерзшей она имеет вес меньший, чем обычно. Соответственно, параметр также снижается. Иначе говоря, замерзшая вода на разных стадиях заморозки будет иметь вес всё меньше и меньше. Так, полностью заледеневшая вода имеет массу меньшую, чем снег. А водяной пар весит и того меньше, следовательно, его плотность также уменьшается и как её определить — неизвестно.

Параметр вычисляется массой, разделенной на единицы объема в кг на м³. Другие особенности:

Максимальный зарегистрированный параметр составил 1000кг на м³ при температуре в пределах 3-4°C. Увеличение и снижение показали схожие результаты на понижение плотности. Можно сделать вывод, что наибольшую плотность вода имеет в этом температурном диапазоне.

Какова плотность воды

Основная масса воды во многом зависит сразу от трёх факторов — солёности (либо наличия других добавок, которые повышают массу и температуру), сколько градусов составляет она сама, а также наличия постоянного давления. Причем вычислить точный параметр можно только при условии неизменности третьего фактора.

Разные типы воды (угнетение составляет 1атм, а данные приводятся ориентировочно):

Помимо морской, в которой параметр завышается из-за солей, есть ещё один вид воды с высокой концентрацией. Объем воды, залегающей в грунте, составляет в среднем 1010-1210 кг/м³, величина относительная и зависит от минерализации.

Вода по этому параметру близка по значению многим продуктам питания. Но напитки и соки, как правило, имеют большую массу, которая приравнивается к морской воде. Другие вещества значительно уступают: спирты намного легче, как и плотность нефти (730-940 кг/м³) и другого топлива. Наибольшей считается плотность ртути — она достигает 13,5 кг при комнатной температуре.

Разная плотность жидких веществ различно их характеризует. Те вещества, чья концентрация выше, чем у воды, начинают тонуть и смешиваться в результате. Другие остаются на поверхности. Таким образом, ртуть тонет и растворяется в воде, а нефть остается при разливе на поверхности. Ещё один пример: айсберги именно плавают, а не остаются статичными. Несмотря на большую массу, их плотность значительно меньше соленой океанской воды, это удерживает их на поверхности и заставляет дрейфовать.

Плотность воды и температура

Вода — это отдельная жидкость, которая остается в обычном состоянии при плюсовых температурах от 0 до 374°С. Последнее является критической отметкой, при которой образуется водяной пар, а всё, что ниже нуля — уже снег и лёд.

Таблица плотности показывает основные значения, однако следует учитывать, что они приведены ориентировочно. На измерение, помимо температуры, может влияет масса факторов. Потому температуру в 20°С принимают как среднее между 19°С и 21°С. Также в таблице приведены значения, рассчитанные на обычной чистой воде. Морская или солёная будет иметь большую плотность, которую можно посмотреть в другой таблице.

Другая особенность, уже отмеченная ранее, заключается в том, как при повышении, так и при снижении температуры плотность уменьшается. Масса при нормальных условиях (приведенной температуре) отличается от концентрации на высоких температурах.

Смена агрегатного состояния существенно меняется, отсюда появилась характерная черта с колебаниями параметра в пределах измерений. Плотность льда приводится в значении 920 кг/м3, а пар всего сотые доли объема. При этом химия определяет один параметр измерения для всех состоянии.

Плотность воды: аномалия

Аномалия заключается в том, что жидкое состояние увеличивает плотность до температуры в 4°С, а далее — понижается. Другими словами, именно в этом отрезке вода достигает максимальной плотности. Но в других агрегатных состояниях параметр становится на порядок ниже: у пара его сложно рассчитать, он практически невесомый, а лёд и снег меньше почти на 100 кг.

Аномалии плотности воды вызывают следующие явления:

Отклонение в полной мере демонстрируется на примере льда. Он не тонет, поскольку его плотность меньше, чем у воды. Аналогичная ситуация складывается со снегом — он плавает на поверхности, пока не растает. При смешивании талой воды с обычной на поверхности появляются видимые разводы — это эффект смешивания, когда жидкость набирает аналогичную концентрацию. Однако в похожей ситуации с топливом или маслами такое не пройдет, они останутся на поверхности. Растаявший снег всё ещё вода, а другие жидкости ей не станут.

Свойство плотности имеет большое значение для живых организмов. Из-за него водоемы промерзают сверху вниз, позволяя выжить находящимся подо льдом формам жизни. Уникальные характеристики воды с её тремя состояниями только подтверждают мысль, что природа полностью гармонична.

Источник

Плотность. Плотность воды определяют при помощи ареометров

Отмечают температуру, при которой проводилось измерение.

Мутность

Для определения степени мутности обычную пробирку наполняют исследуемой водой почти доверху, ставят её на черную бумагу и смотрят сверху, отмечают результаты наблюдений.

Различают следующие степени мутности:

Прозрачность

Прозрачность определяется в цилиндре, градуированном по высоте на сантиметры, начиная со дна.

Исследуемую воду перед определением хорошо взбалтывают и наливают в цилиндр. Затем ставят цилиндр неподвижно над шрифтом Снеллена таким образом, чтобы шрифт находился на расстоянии 4 см от дна. Добавляя или отливая воду из цилиндра, находят предельную высоту столба воды, при которой возможно определение шрифта. Определение производят в хорошо освещенном помещении на расстоянии 1м от окна, не на прямом свету. Прозрачность выражается в сантиметрах высоты столба жидкости с точностью до 0,5 см. Прозрачность обычно определяется до 30 см.

Определение рН

Исследуемую воду наливают в стеклянный стакан емкостью

100 мл и определяют рН на иономере ЭВ – 74 или на рН-метре-милливольтметре. После настройки прибора (согласно инструкции) в стакан с водой погружают стеклянный электрод и солевой контакт электрода сравнения, спустя 1,5 мин измеряют рН.

Настройку прибора проводят по буферным растворам с рН 4,01; 6,86; 9,18. Все соли, используемые для этих растворов должны быть марки х.ч. (химически чистые). Приготовление и хранение буферных растворов проводят так, чтобы в них не попадали из воздуха углекислота или аммиак.

Быстро измерить рН можно с помощью универсальной инди­каторной бумаги. Индикаторную бумагу опускают в воду на 1 – 2 секунды, вынимают и сравнивают окраску со шкалой. Определение рН проводят от 1 до 14.

Источник

Определение плотности жидкости пикнометром: суть метода, преимущества

Плотность является одним из основных показателей, с помощью которого определяют качество жидких веществ на предприятиях самых разных отраслей промышленности. С ее помощью можно установить, соответствуют ли характеристики сырья и готового продукта утвержденным нормам.

Ранее для определения плотности чаще всего использовался стеклянный пикнометр. Но в наше время появились более совершенные устройства, которые позволяют измерять данный показатель с минимальным участием человека. Ярким примером является гелиевый пикнометр. Ознакомиться с характеристиками измерительного прибора можно по ссылке http://chimbiolab.ru/laboratornoe-oborudovanie/analiticheskoe-oborudovanie/accupic-1340.html, здесь же можно оформить покупку.

Пикнометрический метод для измерения плотности жидкостей

Стандартный пикнометр представляет собой небольшой стеклянный сосуд с горлышком и крышкой-колпачком. В верхней части прибора находится метка. Пикнометр можно использовать для определения показателя плотности различных веществ, в том числе и жидкостей.

Диапазон температур, при которых можно проводить исследования, очень широкий. Это объясняется тем, что прибор изготовлен из термостойкого стекла. Этим он отличается от обычных мензурок.

Определение плотности жидкостей пикнометром основано на измерении отношения массы определенного объема исследуемого вещества к массе дистиллированной воды, взятой в таком же объеме. При этом температура вещества должна совпадать температурой воды. Для получения точных результатов надо провести два параллельных испытания, а затем высчитать среднее арифметическое.

Когда и где используется пикнометрический метод

Точность метода

Суть метода: как происходит измерение плотности жидких веществ

Что обязательно нужно учитывать во время измерений

Формула, по которой вычисляется плотность жидкости

Плотность жидкости определяется как отношение ее массы к объему. В нашем случае расчеты будут проводиться по формуле:

Ржидк = (М2 – М) : (М1 – М) × Рводы,

где Ржидк – плотность жидкости, г/см 3 ;

М – масса пикнометра, г;

М1 – масса прибора с чистой водой, г;

М2 – масса прибора с исследуемым веществом, г;

Рводы – плотность чистой воды, г/см 3 (этот показатель составляет 0,99703 г/см 3 при +20 °С).

Сравнение работы пикнометра с ареометром

Ареометрический метод исследования плотности жидкости основан на законе Архимеда. Исследование происходит следующим образом: жидкость надо налить в чистый цилиндр емкостью не менее 0,5 л, а затем осторожно помещать в нее ареометр до тех пор, пока он не начнет плавать. Прибор должен располагаться в центре цилиндра и не касаться его дна и стенок. Через 3-4 минуты после погружения необходимо провести отчет по делениям шкалы прибора по нижнему мениску.

Несмотря на то, что ареометрический метод менее трудоемкий, он не позволяет получить такие же точные результаты, какие дает пикнометрический метод. К тому же пикнометр позволяет исследовать сравнительно малое количество анализируемой пробы (1-20 мл). Для применения ареометра потребуется не менее 0,5 л исследуемой жидкости.

Еще одно преимущество пикнометрического метода – возможность работы с сильнолетучими веществами. Ареометр в этих целях применять нельзя.

Выводы

В производственных условиях для получения максимально точных результатов наиболее оправданным будет использование гелиевого пикнометра. Это надежный и качественный прибор, которому можно доверять. Вычисления производятся автоматически всего за несколько минут, что значительно снижает нагрузку на сотрудников лаборатории. Заказать прибор можно в ООО «ХимБиоЛаб», возможна доставка во все регионы России.

Источник

Плотность жидкости

Что такое плотность жидкости

Плотность жидкости — это отношение массы жидкости к объёму, который она занимает.

Если две жидкости одинаковой массы налить в сосуды, то их объемы будут разниться. Причина этому — плотность, т.е. расстояние между молекулами и атомами, образующими внутреннее строение. Эта величина скалярная и обозначается буквой ρ. В литературе можно встретить и другие обозначения, например D и d (в переводе с латинского densitans).

Понятие плотности касается однородных веществ, в т.ч. в жидком состоянии. Если однородность отсутствует, говорят о средней плотности либо плотности в одной точке.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Обычная вода при температуре 4 0 С имеет максимальное ее значение — 1000 кг/м3. Многие жидкие продукты питания имеют близкое значение плотности. Например, обезжиренное молоко, раствор уксуса, вино. В то же время для сока из ананаса аналогичное значение составляет 1084, из винограда — 1361, апельсина — 1043 кг/м3. Пиво имеет плотность 1030 кг/м3.

Многие жидкости менее плотны, чем вода, это:

Как определить плотность жидкости

Математический расчет плотности жидкого вещества выглядит как частное от деления взятой массы на тот объем, который оно занимает.

Где m — масса жидкости, V — ее объем.

Единицей измерения плотности является кг/м3 (для системы СИ). Обозначение в системе CUC — г/см3.

Жидкость, представляющая собой смесь двух и более компонентов, имеет значение плотности, определяемой по формуле:

Существует деление жидкостей на:

Реальные, в свою очередь, подразделяются на:

Как влияют внешние воздействия на расчет

Понятие «плотность» зависимо от условий окружающей среды, в которых происходит ее измерение. По мере повышения либо понижения температуры плотность начинает постепенно уменьшаться. Например, плотность воды при температуре кипения составляет 958,4 кг/м3. Однако таким образом ведут себя не все жидкости. Многие, испытывая понижение температуры, увеличивают свою плотность.

Водка при 20°C имеет плотность 935 кг/м3, а при 80°C — 888; нафталин при 230°C — 865 кг/м3, при 320°C — 794 кг/м3; раствора сахара при 20°C — 1333 кг/м3, при 100°C — 1436 кг/м3. Значение аналогичных величин вынесены в специальные таблицы, которые носят справочный характер.

Для вычисления ρ при изменении температуры вещества применяется формула:

\(\rho t=\rho20\div(1+\beta t\times(t-20))\)

Существуют особенности изменения плотности при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое. Так, обычная вода при затвердевании уменьшает свою плотность. Касательно других жидкостей — при переходе в твердое состояние ρ чаще растет.

Для характеристики реакции жидкого тела на воздействие внешнего давления вводится термин — сжимаемость. Она высчитывается по формуле:

\(\beta w=\Delta W\div W\times\Delta p=1\div\rho\times(\Delta\rho\div\Delta p)\)

Где βw — коэффициент объемного сжатия, ΔW — разница в изменении объема, Δρ — изменение плотности, Δp — изменение объема.

Введена еще одна величина, имеющая отношение к сжимаемости. Это объемный модуль упругости (Еж).

Она обратна коэффициенту объемного сжатия и определяется по формуле:

В качестве единицы измерения выступает Па — паскаль. Для примера, Еж воды равняется 2 000 МПа.

Каким соотношением связаны плотность и удельный вес жидкости

Удельный вес жидкости (γ) — еще один параметр, от которого зависят ее свойства.

Удельным весом называется вес жидкости, заключенной в единице V (объема).

Нахождение его значения производится по формуле:

Где G — вес жидкости, V — объем.

Между удельным весом и плотностью жидкой среды существует прямая зависимость. Формула для определения удельного веса содержит равенство:

Отличием удельного веса от плотности является тот факт, что он зависит от места проведения измерений, в т.ч. от высоты над уровнем моря и географической широты.

Источник

Чем измеряют плотность воды

ГОСТ 18995.1-73
(СТ СЭВ 1504-79)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ПРОДУКТЫ ХИМИЧЕСКИЕ ЖИДКИЕ

Методы определения плотности

Liquid chemical products. Methods for determination of density

Дата введения 1974-07-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством химической промышленности СССР

В.Г.Брудзь, канд. техн. наук; И.Л.Ротенберг, канд. хим. наук (руководители темы); Л.Д.Комиссаренко, канд. хим. наук; Н.П.Никонова; И.С.Гладкова; Г.Д.Петрова; Т.И.Баринова; Л.В.Кидиярова

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 17.07.73 N 1740

3. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 1504-79; в стандарт введены международные стандарты ИСО 279-81, ИСО 6353-1-83 и ИСО 758-76

5. ВЗАМЕН ГОСТ 9884-61 в части разд.1 и ГОСТ 9390-60 в части разд.1

6. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

7. Ограничение срока действия снято Постановлением Госстандарта СССР от 21.03.88 N 638

8. ПЕРЕИЗДАНИЕ (август 1997 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в июле 1980 г., марте 1988 г. (ИУС 10-80, 6-88)

Настоящий стандарт распространяется на жидкие химические продукты и устанавливает методы определения плотности с помощью ареометра и пикнометра.

Настоящий стандарт не распространяется на нефтепродукты.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ С ПОМОЩЬЮ АРЕОМЕТРА

Ареометры по ГОСТ 18481 общего назначения с ценой деления 1 кг/м (0,001 г/см ) или ареометры для нефти с ценой деления 0,5 кг/м (0,0005 г/см ) или 1 кг/м (0,001 г/см ).

Термометр для измерения температуры от 0 до 50 °С с ценой деления 0,1 °С.

Цилиндр стеклянный для ареометров по ГОСТ 18481 из бесцветного стекла, с внутренним диаметром больше диаметра ареометра не менее чем на 25 мм.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

1.2. Проведение испытания

Испытуемую жидкость помещают в чистый сухой цилиндр так, чтобы уровень жидкости не доходил до верхнего его края на 3-4 см. Цилиндр с жидкостью помещают в термостат с температурой (20±0,1) °С.

Измеряют температуру испытуемой жидкости, осторожно перемешивая ее термометром. Когда температура жидкости установится (20±0,1) °С, цилиндр вынимают из термостата и устанавливают на ровной поверхности. В цилиндр осторожно опускают чистый сухой ареометр, шкала которого соответствует ожидаемому значению плотности. Расстояние от нижнего конца ареометра, погруженного в жидкость, до дна цилиндра должно быть не менее 3 см.

Ареометр не выпускают из рук до тех пор, пока он не станет плавать, не касаясь стенок и дна цилиндра.

Когда прекратятся колебания ареометра, отсчитывают его показания по нижнему краю мениска (при использовании ареометров общего назначения) или по верхнему краю мениска (при использовании ареометров для нефти).

При отсчете глаз должен находиться на уровне соответствующего края мениска.

После определения плотности снова измеряют температуру испытуемой жидкости.

Если разность температур, измеренных до проведения испытания и после него, превышает 0,3 °С, необходимо повторять испытание до тех пор, пока температура образца не установится.

За результат испытания принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 1 кг/м (0,001 г/см ) для ареометров с ценой деления 1 кг/м (0,001 г/см ) и 0,5 кг/м (0,0005 г/см ) для ареометров с ценой деления 0,5 кг/м (0,0005 г/см ).

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2

1.3. Не допускается ареометром определять плотность легколетучих веществ.

1.4. Определение плотности мутных и темноокрашенных жидкостей производят с помощью ареометров для нефти. Отсчет ведут по делению на шкале, соответствующему верхнему краю мениска жидкости.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТИ С ПОМОЩЬЮ ПИКНОМЕТРА

2.1. Аппаратура и реактивы

Пикнометр стеклянный по ГОСТ 22524, типов ПЖ-2 и ПЖ-3, вместимостью 5, 10, 25 и 50 см или другие типы пикнометров, позволяющие проводить определение с такой же точностью (конкретная вместимость и тип пикнометра указываются в стандартах на продукт).

Воронка В-25-38 или В-36-50 ХС по ГОСТ 25336.

Термометр с ценой деления 0,1 °С, позволяющий измерять температуру от 0 до 50 °С.

Бумага фильтровальная лабораторная по ГОСТ 12026, марки ФБ или ФС.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709, свежепрокипяченная и охлажденная.

Калий двухромовокислый по ГОСТ 4220.

Смесь хромовая; готовят следующим образом: 5 г двухромовокислого калия растворяют в 25 см воды и прибавляют 5 см серной кислоты.

Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300, высший сорт.

Летучий растворитель такой чистоты, который не оставляет после испарения сухого остатка (например, ацетон).

Весы лабораторные 2-го класса точности по ГОСТ 24104 с наибольшим пределом взвешивания 200 г.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

2.2. Подготовка к испытанию

Перед испытанием пикнометр промывают последовательно растворителем для удаления следов испытуемого вещества, затем хромовой смесью, водой, спиртом, эфиром, высушивают струей воздуха до постоянной массы и взвешивают (результат взвешивания в граммах записывают с точностью до четвертого десятичного знака).

Высушивать пикнометр нагреванием не допускается.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

2.3 Проведение испытания

Пикнометр заполняют с помощью воронки или пипетки дистиллированной водой немного выше метки (для типа ПЖ-2) или доверху (для типа ПЖ-3), закрывают пикнометр пробкой (только типа ПЖ-2) и выдерживают в течение 20 мин в термостате, в котором поддерживают температуру (20±0,1) °С.

Пикнометр типа ПЖ-2 рекомендуется выдерживать до постоянной температуры при погружении его на такую глубину, чтобы уровень жидкости в термостате находился на несколько миллиметров выше метки пикнометра.

Пикнометр типа ПЖ-3 рекомендуется выдерживать до постоянной температуры на такой глубине, чтобы уровень жидкости в термостате был на несколько миллиметров ниже горлышка пикнометра.

При (20±0,1) °С уровень воды в пикнометре доводят до метки (для типа ПЖ-2), быстро отбирая излишек воды при помощи пипетки или свернутой в трубку полоски фильтровальной бумаги или добавляя водой до метки. Пикнометр снова закрывают пробкой и выдерживают в термостате еще 10 мин, проверяя положение мениска по отношению к метке. При необходимости операцию доведения до метки повторяют. В пикнометре типа ПЖ-3 вода выступает из капилляра и избыток ее осторожно удаляют фильтровальной бумагой, затем пикнометр вынимают из термостата, вытирают снаружи досуха мягкой тканью без следов волокон на стекле, затем взвешивают (результат взвешивания в граммах записывают с точностью до четвертого десятичного знака).

При использовании пикнометров другого типа условия проведения испытания должны быть указаны в нормативно-технической документации на конкретный продукт.

Пикнометр освобождают от воды, высушивают, ополаскивая последовательно спиртом и эфиром, удаляют остатки эфира струей воздуха, заполняют испытуемой жидкостью и затем проводят те же операции, что и с дистиллированной водой.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

2.4. Обработка результатов

2.4.1. Относительную плотность испытуемой жидкости при 20 °С ( ), т.е. отношение массы заданного объема испытуемой жидкости при 20 °С к массе того же объема дистиллированной воды при 20 °С, вычисляют по формуле

,

Источник