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La densità, definita come la massa di una sostanza per unità di volume, è un'importante proprietà fisica per caratterizzare un materiale o un sistema chimico.
Matematicamente, la densità è calcolata come la massa di una sostanza per il volume che occupa. Il simbolo greco "?" è normalmente usato per indicare la densità nelle scienze fisiche. Per ottenere la densità di una sostanza, la sua massa e il suo volume sono determinati mediante misurazione.
Questo video introdurrà i principi della determinazione della densità, le procedure per il calcolo della densità di sostanze solide e liquide e alcune applicazioni della densità nella ricerca scientifica.
Tutta la materia ha una massa, e quella massa occupa un volume specifico.
Tuttavia, il volume di spazio occupato da una stessa massa è diverso per sostanze diverse, a seconda della loro rispettiva densità. Ad esempio, una tonnellata di mattoni ha la stessa massa di una tonnellata di piume, ma occupa un volume notevolmente inferiore. La densità si ottiene dividendo la massa per il volume. La massa può essere misurata con bilance o bilance ed è espressa in grammi o chilogrammi.
Per convenzione, il volume di liquidi e gas è spesso espresso in unità di litri o millilitri, misurato con la vetreria. Le dimensioni dei solidi di forma regolare possono essere misurate direttamente con righelli o calibri, che hanno unità lineari, dando volumi in unità come centimetri cubi. Un millilitro equivale a un centimetro cubo.
Le dimensioni dei campioni solidi di forma irregolare non possono essere facilmente misurate. Invece, i loro volumi possono essere determinati immergendo il solido in un liquido. Il volume del solido sommerso è uguale al volume di liquido spostato.
Ora che hai compreso il concetto di densità, diamo un'occhiata a due protocolli per determinare con precisione la densità di un liquido e di un solido.
Per iniziare questa procedura, posizionare un matraccio tarato da 50 ml pulito e asciutto su una bilancia analitica. Dopo che la misurazione si è stabilizzata, tarare la bilancia. Il saldo dovrebbe essere pari a zero. Utilizzare un imbuto per aggiungere circa 45 ml di liquido al pallone. Non riempire fino al segno di calibrazione. Utilizzare una pipetta Pasteur per aggiungere con cura gli ultimi 5 ml di liquido, fino a quando il fondo del menisco del liquido tocca la linea sul pallone. Pesare nuovamente il pallone e registrare la massa del liquido. Ripetere le misurazioni almeno due volte per ottenere valori aggiuntivi per calcolare una densità media. I risultati sono riportati in questa tabella. La densità media misurata è stata di 0,789 g/mL, corrispondente al valore della letteratura per l'etanolo.
Per determinare la densità di un solido irregolare in forma di pellet, aggiungere circa 40 ml di acqua a un cilindro graduato da 100 ml pulito e asciutto. Registra il volume esatto. Posizionare il cilindro su una bilancia analitica e tara. Aggiungere circa 10 pellet e registrare il nuovo volume dopo l'aggiunta. Pesare il cilindro, l'acqua e i pellet. La massa è solo i pallini, poiché il resto è stato tarato. Effettuare almeno due serie aggiuntive di misurazioni di massa e volume per calcolare un valore medio della densità. La densità dello zinco è stata misurata per tre diversi campioni. È risultato essere di 6,3 g/mL. Si noti che, poiché le misurazioni sono state effettuate in un cilindro graduato, che è meno preciso di un matraccio tarato, la densità ha un grado di precisione inferiore.
Diamo ora un'occhiata a diverse applicazioni della densità in diversi campi della ricerca scientifica.
La densità è utile per identificare o convalidare materiali puri, come elementi o altre specie di purezza nota. Ad esempio, poiché l'oro ha una densità maggiore rispetto a molti altri metalli più economici, calcolare la densità di una moneta d'oro è un modo rapido ed economico per verificarne la purezza. Se la densità non corrisponde a quella dell'oro, la moneta non è pura. Qui, una moneta d'oro ha una massa di 27,55 g e un volume di 1,84 cm3, con una densità di 14,97 g/cm3, che è significativamente inferiore alla densità dell'oro di 19,3 g/cm3, indicando che la moneta non è fatta di oro puro.
Le misure di densità possono anche essere utilizzate per identificare una sostanza sconosciuta, se è disponibile un elenco di possibili densità di riferimento, e possono essere utilizzate per distinguere tra metalli simili nell'aspetto. In questo esempio, lo scienziato sta cercando di identificare due campioni di metallo argentato lucido, che potrebbe essere alluminio o zinco. Sebbene i due campioni abbiano la stessa massa, i loro volumi sono notevolmente diversi. Le densità sono state determinate rispettivamente a 2,7 e 7,1 g/cm3, confermando la loro identità come alluminio e zinco.
Infine, le differenze di densità sono utili per separare i componenti di una miscela complessa. In un metodo chiamato centrifugazione in gradiente di densità, le concentrazioni decrescenti di saccarosio o polimeri vengono stratificate per creare un gradiente. Il campione viene quindi aggiunto sopra. Questa miscela viene poi sottoposta a centrifugazione ? la rotazione della miscela ad alta velocità per generare una "forza centrifuga" che porterà alla formazione di un gradiente di concentrazione della molecola. I componenti della miscela migreranno in un punto lungo questo gradiente con il quale la sua densità è paragonabile.
In questo esempio, un tipo specifico di goccioline lipidiche, o piccole gocce di molecole di grasso, è stato isolato dalle cellule. Una miscela omogeneizzata è stata ottenuta per la prima volta rompendo le cellule. Centrifugando la miscela in un gradiente di densità di saccarosio, le goccioline sono state separate con successo da altri componenti cellulari che sono fatti di lipidi, come le cellule? membrane.?
Hai appena visto l'introduzione di JoVE, la determinazione della densità di un liquido e di un solido. Ora dovresti capire la massa, il volume e la densità, oltre ad avere una buona idea di come misurare queste quantità.
Grazie per l'attenzione!
