Определение плотности твердого и жидкого тела

Плотность, определяемая как масса вещества на единицу объема, является важным физическим свойством для определения характеристик материала или химической системы.

Математически плотность рассчитывается как масса вещества на объем, который оно занимает. Греческий символ «?» обычно используется для обозначения плотности в физических науках. Чтобы получить плотность вещества, его массу и объем определяют путем измерения.

В этом видео будут представлены принципы определения плотности, процедуры расчета плотности как твердых, так и жидких веществ, а также некоторые приложения плотности в научных исследованиях.

Вся материя обладает массой, и эта масса занимает определенный объем.

Однако объем пространства, занимаемого одной и той же массой, различен для разных веществ, в зависимости от их соответствующей плотности. Например, тонна кирпича имеет такую же массу, как тонна перьев, но занимает значительно меньший объем. Плотность получается путем деления массы на объем. Масса может быть измерена с помощью весов или весов и выражается в граммах или килограммах.

Условно объем жидкостей и газов часто выражается в единицах литра или миллилитрах, измеряемых с помощью стеклянной посуды. Размеры твердых тел правильной формы можно измерить непосредственно с помощью линеек или штангенциркулей, которые имеют линейные единицы, дающие объемы в таких единицах, как кубические сантиметры. Один миллилитр эквивалентен одному кубическому сантиметру.

Размеры твердых образцов неправильной формы не так легко измерить. Вместо этого их объемы можно определить, погрузив твердое тело в жидкость. Объем погруженного твердого вещества равен объему вытесняемой жидкости.

Теперь, когда вы понимаете концепцию плотности, давайте рассмотрим два протокола для точного определения плотности жидкости и твердого тела.

Чтобы начать эту процедуру, поставьте чистую и сухую мерную колбу объемом 50 мл на аналитические весы. После того как измерение стабилизируется, наденьте весы. Баланс должен быть равен нулю. С помощью воронки добавьте в колбу примерно 45 мл жидкости. Не заполняйте до калибровочной метки. С помощью пастеровской пипетки осторожно добавьте последние 5 мл жидкости до тех пор, пока дно мениска жидкости не коснется линии на колбе. Еще раз взвесьте колбу и запишите массу жидкости. Повторите измерения не менее двух раз, чтобы получить дополнительные значения для расчета средней плотности. Результаты приведены в этой таблице. Средняя измеренная плотность составила 0,789 г/мл, что соответствует литературному значению для этанола.

Чтобы определить плотность твердого вещества неправильной формы в форме гранул, добавьте примерно 40 мл воды в чистый и сухой мерный цилиндр объемом 100 мл. Запишите точную громкость. Поставьте цилиндр на аналитические весы и держите в таре. Добавьте примерно 10 гранул и запишите новый объем после добавления. Взвесьте баллон, воду и гранулы. В массу входят только гранулы, так как остальное было просмолено. Проведите как минимум два дополнительных набора измерений массы и объема, чтобы рассчитать среднее значение плотности. Плотность цинка измерялась для трех разных образцов. Установлено, что он составляет ?6,3 г/мл. Обратите внимание, что, поскольку измерения проводились в градуированном цилиндре, который менее точен, чем мерная колба, плотность имеет меньшую степень точности.

Давайте теперь рассмотрим несколько различных применений плотности в различных областях научных исследований.

Плотность полезна для идентификации или проверки чистых материалов, таких как элементы или другие виды известной чистоты. Например, поскольку золото имеет более высокую плотность, чем многие другие более дешевые металлы, расчет плотности золотой монеты является быстрым и недорогим способом проверить ее чистоту. Если плотность не соответствует плотности золота, монета не является чистой. Здесь было обнаружено, что золотая монета имеет массу 27,55 г и объем 1,84 см3, что дает плотность 14,97 г/см3, что значительно меньше плотности золота в 19,3 г/см3, что указывает на то, что монета не изготовлена из чистого золота.

Измерения плотности также могут быть использованы для идентификации неизвестного вещества, если имеется список возможных эталонных плотностей, и могут быть использованы для различения металлов, похожих по внешнему виду. В данном примере ученый пытается идентифицировать два образца блестящего серебристого металла, который может быть либо алюминием, либо цинком. Несмотря на то, что эти два образца имеют одинаковую массу, их объемы значительно различаются. Плотности были определены как 2,7 и 7,1 г/см3 соответственно, что подтверждает их идентичность как алюминия и цинка.

Наконец, различия в плотности полезны для разделения компонентов сложной смеси. В методе, называемом центрифугированием с градиентом плотности, уменьшающиеся концентрации сахарозы или полимеров наслаиваются слоями для создания градиента. Затем образец добавляется сверху. Затем эту смесь подвергают центрифугированию ? вращение смеси с высокой скоростью для создания «центробежной силы», которая приведет к образованию градиента концентрации молекулы. Компоненты смеси будут мигрировать в точку по этому градиенту, с которой сопоставима ее плотность.

В этом примере из клеток был выделен определенный тип липидных капель, или небольших капель молекул жира. Гомогенизированная смесь сначала была получена путем вскрытия клеток. Центрифугированием смеси в градиенте плотности сахарозы капли были успешно отделены от других клеточных компонентов, состоящих из липидов, таких как клетки? Мембраны.?

Вы только что посмотрели введение JoVE в определение плотности жидкости и твердого тела. Теперь вы должны понимать массу, объем и плотность, а также иметь хорошее представление о том, как измерять эти величины.

Спасибо за просмотр!