Что такое плотность раствора

Определение плотности растворов

В химических исследованиях очень часто приходится определять плотность. Плотностью вещества [P] называют отношение массы [m] тела к его объему [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 d 20 ₄; Приведенное обозначение указывает, что относительная плотность определена при температуре 20 0 С и за единицу для сравнения взята плотность воды при температуре 4 0 С. 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).

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.

Дата добавления: 2014-12-30 ; просмотров: 49 ; Нарушение авторских прав

Источник

Плотность водных растворов солей, кислот и оснований

В таблице представлены значения отношения плотности водных растворов кислот, солей, оксидов, оснований к плотности воды при 15°С (999,9 кг/м 3 ). Например, плотность раствора соли NaCl равна 1008,5 кг/м 3 при концентрации соли в растворе 1% и 1146,2 кг/м 3 при концентрации 14%.

Плотность водных растворов кислот, солей и др. дана в зависимости от температуры и концентрации.
Плотность относительно воды указана при температуре раствора в интервале от 15 до 20°С. Концентрация кислоты, щелочи, оксида или соли в растворе от 1 до 100%.

Значения плотности водных растворов кислот: мышьяковая кислота (ортомышьяковая кислота) H3AsO4, HBr, HCOOH, соляная кислота HCl, фтороводород HF, иодоводород HI, азотная кислота HNO3, перекись водорода H2O2, ортофосфорная кислота H3PO4, серная кислота H2SO4, H2SeO4, H2SiF6.

Значения плотности водных растворов солей: нитраты, хлориды, сульфаты, бромиды, йодиды, фосфаты, хроматы и др. Соли серебра, алюминия, бария, натрия, кадмия, кальция, меди, калия, никеля, олова, стронция, цинка, железа, селена, лития, магния, марганца, и других металлов: AgNO3, AlCl3, Al2(SO4)3, Al(NO3)3, BaBr2, BaCl2, BaI2, CdSO4, Cr2(SO4)3, Cu(NO3)2, медный купорос CuSO4, CUCl2, FeCl2, Fe(NO3)3, Fe2(SO4)3, CaBr2, CaCl2, CaI2, Ca(NO3)2, CdBr2, CdCl2, CdI2, Cd(NO3)2, FeSO4, KCl, KBr, K2CO3, KC2H3O2, K3CrO4, K2Cr2O7, KF, KHSO4, KI, KNO3, NaBr, NaBrO3, Na2CO2, NaCl, NaClO4, Na2Cr2O7, NaNO3, NaHSO4, Na2SO3, Na2SO4, Na2S2O3, NiCl2, Ni(NO3)2, NiSO4, Pb(NO3)2, SO2, SnCl2, SnCl4, SrBr2, SrI2, ZnBr2, ZnCl4, ZnI2, Zn(NO3)2, ZnSO4, Sr(NO3)2, LiBr, LiCl, LiI, MgBr, MgCl2, MgI2, Mg(NO3)2, MgSO4, MgBr2, MnCl2, Mn(No3)2, MnSO4, NH3, N2H4, NH4Cl, NH4I, NH4NO3, (NH4)2SO4.

Значения плотности водных растворов оксидов: раствор оксида хрома CrO2.

Значения плотности водных растворов оснований (щелочи): NaOH, KOH.

Источник:
Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.

Источник

Что такое плотность раствора

Плотность (старое название — удельный вес) раствора есть отношение его массы к объему. Обратная величина — отношение объема раствора к его массе — носит название удельного объема.

Поскольку 1 см 3 = 0,999973 мл (1 мл = 1,000027 см 3 ), различием между плотностями, выраженными в г/см 3 и г/мл, можно пренебречь с точностью ≈ 0,01 %.

В технологических схемах и рецептах XIX–начала XX века часто использовались ныне полностью вышедшие из употребления практические шкалы плотности (ареометрические шкалы Бомé, Картье и др.). Их описание см. в подразделе 3.1.3.

Зависимость плотности раствора от его концентрации достаточно сложна и неоднозначна. Для растворов индивидуальных веществ при фиксированной температуре ее обычно аппроксимируют двухпараметрическим полукубическим уравнением, имеющим некоторое физическое обоснование [1]:

(3.1.1)

(здесь: c — молярная концентрация раствора (моль/л), r _w — плотность воды при данной температуре, а A и B — параметры, подбираемые на основе экспериментальных данных). Иногда используют и другие выражения. Определенным недостатком уравнения (3.1.1) и ему подобных является то, что для вычисления плотности раствора с концентрацией, выраженной, например, в масс. %, требуется перевести эту концентрацию в молярную (моль/л), что само по себе требует знания плотности раствора. Один из возможных подходов к решению возникающей проблемы см. в подразделе 3.1.4. Для многокомпонентных растворов каких-либо общих зависимостей плотности от концентрации не существует. При аппроксимации следует иметь в виду, что даже для идеальных растворов плотность является аддитивной величиной только при выражении концентраций в объемных долях, но не в обычно используемых масс. % (мольных долях, молярностях, моляльностях и т. д.). В этих концентрациях аддитивен — для идеальных систем — удельный объем [2, 3].

Для большинства веществ с увеличением температуры плотность уменьшается. Однако вода и многие водные растворы имеют максимум плотности в районе 4 °C. Для аппроксимации плотности на небольшом (5–10 °C) интервале при комнатной температуре может быть использована линейная зависимость

, (3.1.2)

где T₀ — произвольная температура, принятая за точку отсчета, a — температурный коэффициент. Для бóльших интервалов обычно используют квадратное уравнение, которое с учетом зависимости плотности от концентрации (3.1.1) имеет вид:

(3.1.3)

где буквами от A до F обозначены параметры, подбираемые на основе экспериментальных данных. Для значительного числа водных растворов неорганических солей параметры уравнений (3.1.1) и (3.1.3) протабулированы в работе [4].

3.1.1. Плотность водных растворов неорганических соединений и солей органических кислот

Данные о плотностях водных растворов неорганических и органических соединений, олеума, растворов NO₂ в безводной азотной кислоте, а также растворов нитрозилсерной кислоты в водных растворах H₂SO₄ (нитрозы) приведены в виде таблиц 3.1.1–3.1.319 и 3.1.320–3.1.338 в подразделах 3.1.1 и 3.1.2.

Значения плотности выражены: r — в кг/м 3 или г/см 3 ; r ‘ — в г/л или г/мл. В части таблиц приведена относительная плотность . Концентрации, как правило, заданы в масс. % (для пересчета концентраций в скобках после названия вещества приведены молярные массы по ИЮПАК–1993). Для большинства систем точность данных вполне достаточна для практических приложений. В редких случаях ошибка приводимых значений плотности может достигать 1 %; тем не менее, в ответственных работах нельзя рекомендовать определение концентрации раствора по его плотности. Для удобства пользования таблицы снабжены указателями; химические соединения в указателях расположены в алфавитном порядке названий.

Ваш обозреватель не поддерживает встроенные рамки или он не настроен на их отображение.
Ваш обозреватель не поддерживает встроенные рамки или он не настроен на их отображение.

Серебра(I) перхлорат AgClO₄ (207,319)

Источник

Растворы

Растворы – это однородные гомогенные системы, состоящие из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия. Растворенное вещество равномерно распределено в растворителе. Раствор может состоять из двух и более компонентов.

Растворы бывают жидкие, твердые и газообразные.

Растворитель – это то вещество, которое не изменяет агрегатное состояние при растворении. В случае смешения веществ с одинаковым агрегатным состоянием (жидкость-жидкость, газ-газ, твердое-твердое) растворителем считается тот компонент, содержание которого больше.

Образование раствора зависит от характера взаимодействия частиц растворителя и растворенного вещества, и их природы.

В школьном курсе рассматриваются преимущественно растворы электролитов. В курсе ВУЗов рассматриваются также истинные и коллоидные растворы, золи и другие системы.

По способности растворяться вещества условно делят на:

Обратите внимание!

При попадании в воду вещество может:

Коэффициент растворимости – отношение массы растворенного вещества к массе растворителя (например, 10 г соли на 100 г воды).

По концентрации растворенного вещества растворы делят на:

Ненасыщенные растворы – это растворы, в которых концентрация растворенного вещества меньше, чем в соответствующем насыщенном растворе, и в котором при данных условиях можно растворить еще некоторое количества растворенного вещества.

Пересыщенный раствор – это раствор, в котором концентрация растворенного вещества больше, чем в насыщенном. Избыток растворенного вещества легко выпадает в осадок. Приготовить пересыщенный раствор можно, например, с помощью охлаждения насыщенного раствора поваренной соли. При понижении температуры растворимость поваренной соли уменьшается, и раствор становится пересыщенным.

По концентрации растворенного вещества растворы также разделяют на концентрированные и разбавленные:

Концентрированные растворы – это растворы с относительно высоким содержанием растворенного вещества.

Разбавленные растворы – это растворы с относительно низким содержанием растворенного вещества.

Это деление очень условно, и не связано с делением раствора по насыщенности. Разбавленный раствор может быть насыщенным, а концентрированный раствор не всегда может оказаться насыщенным.

Физические величины, характеризующие состав раствора – это массовая доля, массовый процент, молярность (молярная концентрация), мольная доля, мольный процент, мольное соотношение, растворимость (для насыщенных растворов), объемная доля, объемный процент и некоторые другие величины, которые проходятся в курсе ВУЗов (нормальность или нормальная концентрация, моляльность, титр).

Остановимся подробнее на каждой из них:

1. Массовая доля, масс. доли — это отношение массы растворенного вещества m_р.в. к массе раствора m_р-ра, выраженное в долях от единицы. Долю можно также выразить в процентах, умножив на 100, тогда мы получим массовый процент, масс. %.

Задачи на материальный баланс с использованием массовой доли — обязательный компонент экзаменов по химии (и не только!) разных уровней. Научиться решать задачи на массовую долю и материальный баланс (смешение, разбавление, концентрирование и приготовление растворов) можно здесь!

2. Молярная концентрация (молярность), моль/л, М – это отношение количества растворенного вещества ν, моль к объему всего раствора V_р-ра, л. Концентрация 1 моль растворенного вещества на 1 литр раствора также обозначается так: 1 М. Такой раствор называют «одномолярный». Двухмолярный раствор — 2 М соответствует концентрации 2 моль растворенного вещества на 1 литр раствора и т.д.

Задачи на молярную концентрацию, как правило, встречаются в курсе ВУЗов, в химических олимпиадах и вступительных экзаменах в ВУЗы. Научиться решать задачи на молярную концентрацию можно здесь.

3. Мольная доля, мольн. дол. – это отношение количества растворенного вещества ν_р.в., моль к общему количеству вещества всех компонентов в растворе ν_р-ра, моль:

Мольная доля также может быть выражена в мольных процентах (% мольн.), если умножить долю на 100%. Задачи на мольную долю встречаются в курсе ВУЗов, олимпиадах и вступительных экзаменах. Научиться решать задачи на мольную долю можно здесь.

4. Объемная доля, объемн. дол. – это отношение объема растворенного вещества V_р.в., л к общему объему раствора или смеси V_р-ра, л:

Объемная доля также может быть выражена в объемных процентах (% объемн.), если умножить долю на 100%. Задачи на объемную долю, как правило, сводятся к решению задач на мольную долю, т.к. для газовых смесей объемные и мольные доли компонентов в смеси равны.

5. Мольное соотношение – это отношение количества растворенного вещества к количеству вещества растворителя. Также может использоваться массовое соотношение и объемное соотношение.

6. Растворимость – это отношение массы растворенного вещества к массе растворителя (применяется, как правило, для насыщенных растворов).

7. Титр, г/мл – это отношение массы растворенного вещества m_р.в., г к объему раствора, выраженному в миллилитрах V_р-ра, мл:

8. Моляльность.

9. Нормальная концентрация (нормальность)

По механизму растворения растворы делят на физические и химические.

Физическое растворение — это растворение, при котором происходит разрыв и образование только межмолекулярных связей (включая водородные). Физически растворяются только некоторые вещества с молекулярной кристаллической решеткой. Например, растворение нафталина в спирте и воде — опыт.

Химическое растворение — это растворение, при котором разрушаются химические связи в веществе. Химическое растворение, как правило, сопровождается электролитической диссоциацией растворяемого вещества. Подробнее про электролитическую диссоциацию и химическое растворение здесь.

Важно! Подобное хорошо растворяется в подобном. Неполярные растворители хорошо растворяют неполярные вещества. Полярные растворители хорошо растворяют полярные вещества. Понимание механизмов растворения, природы растворяемого вещества и растворителя позволяет легко определить растворимость одного вещества в другом.

Источник

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ (1 2 3)

Плотностью вещества называют отношение массы тела к его объему:

Следовательно, плотность вещества выражают * в г/см3. Удельным весом у называют отношение веса (силы тяжести) вещества к объему:

Плотность и удельный вес вещества находятся в такой же зависимости между собой, как масса и вес, т. е.

где g — местное значение ускорения силы тяжести при свободном падении. Таким образом, размерность удельного веса ‘(г/см2 • сек2) и плотности (г/см3), а также их числовые значения, выраженные в одной системе единиц, отличаются друг от друга *.

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 измерить.

В ряде случаев предпочитают пользоваться так называемой относительной плотностью, представляющей собой отношение плотности данного вещества к плотности другого вещества при определенных условиях. Относительная плотность выражается отвлеченным числом.

Относительную плотность d жидких и твердых веществ принято определять по отношению к плотности дистиллированной воды:

Само собой разумеется, что р и рв должны выражаться одинаковыми единицами.

Относительную плотность d можно также выражать отношением массы взятого вещества к массе дистиллированной воды, взятой в том же объеме, что и вещество, при определенных, постоянных условиях.

Поскольку числовые значения как относительной плотности, так и относительного удельного веса при указанных постоянных условиях являются одинаковыми, пользоваться таблицами относительных удельных весов в справочниках можно так же, как если бы это были таблицы плотности.

Относительная плотность является постоянной величиной для каждого химически однородного вещества и для растворов при данной температуре. Поэтому по

* В технической системе единиц (MKXCC). в которой за основную единицу принята не единица массы, а единица силы — килограмм-сила (кГ или кгс), удельный вес выражается в кГ/м3 или Г/см3. Следует отметить, что числовые значения удельного веси, измеренного в Г/см3, и плотности, измеренной в г/см3, совпадают, что нередко вызывает путаницу в понятиях «плотность» и «удельный вес».

* В ряде случаев плотность выражают в г/мл. Различие между числовыми значениями плотности, выраженными в г/см3 и г/мл, очень незначительно. Его следует принимать во внимание лишь при работах особой точности.

Поэтому по величине относительной плотности во многих случаях можно судить о концентрации вещества в растворе.

* В технической системе единиц (MKXCC). в которой за основную единицу принята не единица массы, а единица силы — килограмм-сила (кГ или кгс), удельный вес выражается в кГ/м3 или Г/см3. Следует отметить, что числовые значения удельного веси, измеренного в Г/см3, и плотности, измеренной в г/см3, совпадают, что нередко вызывает путаницу в понятиях «плотность» и «удельный вес».

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, серная кислота имеет наивысшую плотность, равную 1,8415 при концентрации 97,35%. Дальнейшее увеличение концентрации сопровождается уменьшением плотности до 1,8315, что соответствует 99,31%.

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 (объем взят за единицу). В справочниках это показывают при помощи соответствующих индексов, например eft; приведенное обозначение указывает, что относительная плотность определена при температуре 2O0C и за единицу для сравнения взята плотность воды при температуре 4е С. Встречаются также и другие индексы, обозначающие условия, при которых производилось определение относительной плотности, например Я4 Ul и т. д.

Изменение относительной плотности 90%-ной серной кислоты в зависимости от температуры окружающей среды приводится ниже:

Относительная плотность с повышением температуры уменьшается, с понижением ее —увеличивается.

При определении относительной плотности необходимо отмечать температуру, при которой оно проведено, и полученные величины сравнивать с табличными данны-, ми, определенными при той_же температуре.

Если измерение проведено не при той температуре, которая указана в справочнике, то. вводят поправку, вычисляемую как среднее изменение относительной плотпости на один градус. Например, если в интервале между 15 и 20 0C относительная плотность 90%-ной серной кислоты уменьшается на 1,8198—1,8144 = 0,0054, то в среднем можно принять, что при изменении температуры на 1 0С (выше 15 0C) относительная плотность уменьшается на 0,0054 : 5 = 0,0011.

Таким образом, если определение вести при 18 0C, то относительная плотность указанного раствора должна быть равна:

Однако для введения температурной поправки к относительной плотности удобнее пользоваться приведенной ниже номограммой (рис. 488). Эта номограмма, кроме того, дает возможность но известной относительной плотности, вычисленной при стандартной температуре 20° С, приближенно определять относительную плотность при других температурах, в чем иногда может возникнуть потребность.Относительную плотность жидкостей можно определять при помощи ареометров, пикнометров, специальных весов и т. п.

Определение относительной плотности ареометрами.

Для быстрого определения относительной плотности жидкости применяют так называемые ареометры (рис. 489). Это—стеклянная трубка (рис. 489, а), расширяющаяся внизу и имеющая на конце стеклянный резервуар, заполненный дробью нли специальной массой, (реже — ртутью). В верхней узкой части ареометра имеется шкала с делениями. 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.

Номограмма для введения температурной поправки

Иногда ареометры снабжены термометрами (рис. 489,6), что позволяет одновременно измерять температуру, при которой проводится определение. Для определения относительной плотности при помощи ареометра жидкость наливают в стеклянный цилиндр (рис. 490) емкостью не менее 0,5 л, сходный по форме с мерным, но без носика и делений. Размер цилиндра должен соответствовать размеру ареометра. Наливать жидкость в цилиндр до краев не следует, так как при погружении ареометра жидкость может перелиться через край. Это бывает даже опасно при измерении плотности концентрированных кислот или концентрированных щелочей и пр. Поэтому уровень жидкости в цилиндре должен быть на несколько сантиметров ниже края цилиндра.

Иногда цилиндр для определения плотности имеет вверху желоб, расположенный концентрически, так что если жидкость при погружении ареометра перельется через край, то она не выльется на стол.

Для определения относительной плотности имеются специальные приборы, поддерживающие постоянный уровень жидкости в цилиндре. Схема одного из таких приборов приведена на рис. 491. Это — цилиндр 2, имеющий на определенной высоте отводную трубку 3 для стекания жидкости, вытесняемой ареометром при погружении его в жидкость. Вытесняемая жидкость поступает в трубку 4, имеющую кран 5, через который жидкость может быть слита. Цилиндр можно наполнять исследуемой жидкостью через уравнительную трубку /, имеющую в верхней части цилиндрическое расширение.

Источник