MĂSURAREA DENSITĂŢII CU AJUTORUL BALANTEI ANALITICE

NOŢIUNI TEORETICE  

Densitatea unui corp reprezintă masa raportată la volumul său, la o temperatură bine precizată. Convenţional densitatea se notează cu litera greceasca ρ. Formula de definiţie este:

ρ =m/V,unde: - m reprezintă masa corpului (în vid) şi - V volumul ocupat de acesta.

Unitatea de măsură în Sistemul Internaţional este kilogramul raportat la metrul cub: [ρ]S.I. = 1kg/m3 sau1 g/cm3.

Adesea, densitatea lichidelor este cunoscută în raport cu densitatea apei (la o anumită temperatură, în general 20°C), iar acest raport este adimensional şi se mai numeste densitate relativă, notat d:

dt = ρt / ρt H2O,

indicele semnifică temperatura de definire.Prin această metodă se poate determina densitatea standard a unui lichid, citindu-se direct

indicaţia unui instrument specializat numit areometru (sau densimetru).În ţara noastră s-au stabilit următoarele temperaturi: t = 20°C şi t1= 4°C. Cum la

temperatura de 4° C şi p = 760 mmHg , ρapă= 1g/ cm3, densitatea relativă este egală cu densitatea dar, este un număr adimensional, deoarece este un raport de mase. Densitatea relativă se notează d4

20.Densitaea relativă este utilizată pentru măsurarea cantităţii de ţiţei şi produse petroliere

lichide.Caracteristica principală a unui fluid este densitatea sau masa sa volumică – notată cu ρ.

Ea este definită ca şi concentraţia de masă dintr-un volum. Astfel: ρ =m/V, unitatea de măsură – în sistem internaţional a densităţii este kg/m3.

Determinarea densităţii unui lichid se bazează pe legea fundamentală a hidrostaticii. Pentru fluide grele (lichide) ea este dată de relaţia: p = p0 + ρgh, unde:

po – presiunea la suprafaţa liberă, de exemplu presiunea atmosferică; p - presiunea la adâncimea h în lichidul de densitate ρ,g - acceleratia gravitationala.

Densitatea relativă a unui fluid, este o mărime adimensională şi este raportul dintre densitatea fluidului şi densitatea unui fluid de referinţă, numit fluid etalon: ρr =ρ/ρ0

Ca fluid etalon, pentru lichide se consideră apa cu ρ = 1000 kg/m3, iar pentru gaze - aerul, în condiţii normale de presiune şi temperatură cu ρ = 1,293 kg/m3.

În general densitatea variază în funcţie de temperatură şi presiune, fiind direct proporţională cu presiunea şi invers proporţională cu temperatura.

Apa este lichida intr-un interval mare de temperatura (00C si 1000C). Aceasta anomalie este atribuita asocierii moleculelor de apa prin legaturi de hidrogen.

Legaturile de hidrogen se realizeaza intre moleculele care contin hidrogen legat covalent de un element puternic electro negativ care are volum mic si electroni neparticipanti.

Legatura de hidrogen este electrostatica, mai mult slaba decat legatura covalenta si nu implica punerea in comun de electroni.Densitatea apei variaza In functie de temperatura:

00C = 0,9998 g/cm3

40C = 1,0000 g/cm3

100C = 0,9997 g/cm3

150C = 0,9991 g/cm3

200C = 0,9982 g/cm3

La inghetare se formeaza o a doua legatura de hidrogen la atomul de oxigen, motiv pentru care gheata are o structura (figura 1) afanata care determina cresterea volumului si scaderea densitatii. Prin inghetare apa isi mareste volumul cu 9%. Asa se explica de ce se sparg conductele, cazanele, sticlele cand ingheata apa in ele si de ce se crapa pietrele de ger. Majoritatea lichidelor isi maresc volumul de solidificare.

Figura 1. Molecula de apă din cristalul de gheaţă

La topirea gheţii se rup brusc aproximativ 15% din legăturile de hidrogen aflate în cristalele de gheaţă (figura 2), iar la 400C aproximativ jumătate dintre aceste legături sunt desfăcute, iar în stare de vapori sunt desfăcute toate legăturile de hidrogen..

Figura 2. Cristale de gheaţă

[www.shutterstock.com]

Metode de determinare a densităţii metoda cu areometrul(densimetrul), pentru toate produsele lichide cu excepţia eterului de

petrol şi a gazolinei în cazul recepţiilor; metoda cu balanţa Mohr-Westphal, pentru toate produsele lichide, cu excepţia eterului de

petrol şi a gazolinei; metoda cu picnometrul, pentru toate produsele.

Scopul lucrării:

Lucrarea îşi propune determinarea densităţii unui lichid si a unui solid, folosind balanta analitica. Apoi, se va compara densitatea rezultata in urma calcului cu ajutorul balantei analitice cu densitatea din STAS-uri.

Mod de lucru1. Determinarea densitatii apeiScopul lucrarii :

Realizarea deosebirii între determinare prin masurare şi determinare prin calculMateriale necesare :- pahare Berzelius,- cilindri gradaţi/seringa, - balanţa /cântar cu precizie,- apa.Procedura experimentala:- se cantareste paharul gol, - se noteaza masa paharului gol cu m,- se adauga 20 ml de apa si se cântareste din nou; - se noteaza masa paharului cu apa m1;- se determina masa apei : m1 –m.- se calculeaza densitatea cu ajutorul formulei de definitie.Se vor discuta abaterile de la valoarea reală de 1 g/cm3: erori de masurare, erori de calcul.

Figura 3. Balanta analitica:

1.tasta ON/OFF; 2. tasta T (tare); 3. citire digitală a greutăţii cu detector de

stabilitate; 4. tasta MODE; 5. nivel de control al orizontalităţii; 6. taler de cântărire; 7. şuruburi de reglarea a orizontalităţii

Rezultate:Produs m (g) m1(g) Mprodus (masa

produsului)(g)

ρprodus

(g/cm3)ρSTAS

(g/cm3)

apa 1

2. Determinarea densitaţii unui corp solidScopul lucrarii: Realizarea deosebirii între determinarea prin masurare şi determinarea prin calcul a densitaţii unui corp solid.Materiale necesare: - pahare Berzelius, - cilindri gradati, - balanta /cântar cu precizie,- apa, - corpuri solide (inel din aur, monezi/tablite din cupru/aluminiu).Procedura experimentala: - se cântareste corpul solid pentru a-i determina masa,- se introduce corpul solid în apa, într-un cilindru gradat pentru a-i masura volumul. - V = volumul initial de apa; - V1 = volumul dupa introducerea corpului. - Vcorp = V1 –V - se determina densitatea prin calcul utilizând formula de definitie a densitatii.Rezultate:

Produs m (g) m1(g) Mprodus (masa produsului)

(g)

ρprodus

(g/cm3)ρSTAS

(g/cm3)