固体と液体の密度を決定します。

General Chemistry

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Overview

ソース: 博士マイケル ・ エヴァンスの研究所、ジョージア工科大学

そのボリュームに物質の質量の比は、質量密度、または、単に、物質の密度と呼ばれます。密度は、g/ミリリットルまたは kg/m3のように、体積あたりの質量の単位で表現されます。物質の密度は物質の存在量に依存しない、ため密度は「集中的な財産」です。

材料のサンプルの密度を測定するには、質量とサンプルのボリュームを決定する必要があります。固体と液体の両方のバランスを質量の測定に使用できます。しかし、固体や液体のボリュームを決定する方法が異なります。液体が流れ、彼らの容器の形を取る、メスシリンダーやメスフラスコなどガラスは液体のボリュームを測定する使用できます。液体に浸された不規則な形のソリッドのボリュームを測定できます-ソリッドの追加によるボリュームの違いは、固体の体積に等しい。

このデモでは、固体や液体の密度を測定する方法を示しています。容積測定フラスコと分析用天秤を使用すると、エタノールの密度を決定できます。メスシリンダー、分析的なバランスと水を使用して、転置された液体として、金属亜鉛の密度を決定できます。

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JoVE Science Education Database. 一般化学の基本. 固体と液体の密度を決定します。. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

Principles

定義では、すべての物質は質量を持つし、ボリュームで占められます。物質の密度は、そのボリュームにその質量の比率です。一定の温度と圧力は、物質の密度は一定です。

Equation 1

密度は物質の存在量に依存しない物質の集中的なプロパティです。したがって、密度は密度参照の一覧は、実験者は便利な密度を測定するときに使用する物質量を選択できます、未知の純粋な物質を識別するために使用できます。

物質の試料の密度を測定するためその質量および体積を測定する必要は。質量は、通常分析用天秤、重力のためサンプルによって加えられた力に依存している正確な測定器を使用して測定されます。(量測定にも使用される) サンプルを保持するコンテナーを秤量し、tared、サンプルのみサンプルがコンテナーに追加されたとき、質量がバランスのディスプレイに表示されます。

液体、このコンテナーは、通常、特定のボリュームに対応する 1 つのマーキングを持っている容積測定フラスコです。コンテナーはラインに満ちている液体試料、空フラスコが tared された後再び重量を量った。実測密度はフラスコに示されているボリュームに測定された質量の比率です。

ほとんどの固体物質は、不規則な形状のボリュームの決定を複雑にします。たとえば、その寸法を測定することによって粉の量を決定するため正確ではないです。必要がある代わりに、直接寸法を測定または容積測定フラスコのようなガラスを使用して、不規則な形状の立体の体積を測定する液体変位法の使用。液体 (の固体は水溶性ではない) の知られているボリュームを含むメスシリンダーを tared します。シリンダーに固体を追加し、総質量はソリッドの質量を決定するもう一度重量を量った。ソリッドの追加新しいボリューム リーディングの結果、液体の上方変位が発生します。ソリッドの体積は液体の変位 (すなわち、固体を追加する前後に液量の差) による量の変化に等しい。

Equation 2

液体、固体試料の測定密度は測定量を測定した質量の比率です。

Procedure

1. 液体のエタノールの密度の測定

  1. 分析用天秤に清潔で乾燥した 50 mL のメスフラスコを配置します。
  2. バランスの「タレ」や「ゼロ」のボタンを押します。バランスは、0.000 g をお読みください。
  3. ビュレットの目標到達プロセスを使用して、容積測定フラスコに液体エタノール 45 mL を追加します。
  4. パスツール ピペットを使用して、液体のメニスカスの下に触れるフラスコのマーキングまでちょうど液体の最終的な 5 mL を追加します。
  5. 再び、メスフラスコの重量を量る、エタノールの量を記録します。
  6. 最高の結果を得るには、2 つの追加の密度測定を取得する手順 1.1-1.5 倍を繰り返します。

2. 固体亜鉛金属の密度の測定

  1. 清潔で乾燥した 100 mL のメスシリンダーに約 40 mL の水を追加します。水の正確な量を記録します。
  2. 分析用天秤にシリンダーと水を配置します。バランスの「タレ」や「ゼロ」のボタンを押します。バランスは、0.000 g をお読みください。
  3. 約 10 亜鉛ペレットをメスシリンダーに追加します。亜鉛 (図 1) の付加の後で液体のレベルを用いた水プラス亜鉛ペレットの新しいボリュームを記録します。
    Figure 1
    図 1.右側のシリンダーに亜鉛が上方変位させる水位
  4. バランス シリンダー、水、および亜鉛ペレットの重量を量る。亜鉛ペレットの質量を記録します。
  5. 最高の結果を得るには、2 つの追加の密度測定を取得する手順 2.1 – 2.4 倍を繰り返します。

密度、単位体積あたりの物質の質量として定義されているは、素材や化学系の特性評価に重要な物性です。

数学的に、それが占めている体積あたりの物質の質量として密度が計算されます。「Ρ」のギリシャ語のシンボルは、物理科学の密度を示すために通常使用されます。物質の密度を得るためには、その質量および体積、測定によって決まります。

密度決定の原則は、両方の固体と液体の物質の密度と密度科学研究のいくつかのアプリケーションを計算するための手順を紹介します。

すべての物質が質量とその質量は、特定のボリュームを占めています。

しかし、彼らのそれぞれの密度に応じて、さまざまな物質の同じ質量によって占有されるスペースの量が違います。たとえば、レンガのトンは、羽のトンと同じ質量が、かなり少ないボリュームで占められます。密度は質量で割った量。.質量スケールまたはバランスで測定が可能し、はグラムやキログラムで表されます。

規則では、液体及び気体の量はリットル、ミリリットル、ガラス製品の測定の単位で表されます。定期的に形をした固体の寸法は、定規やノギスは、立方センチメートルなどの単位でボリュームを与える線形単位を直接測定できます。1 ミリリットルは 1 立方センチメートルに相当します。

不規則な形状の固体試料の寸法を簡単に測定することはできません。代わりに、そのボリュームは、液体中の固形物を水没によって決定できます。水中の固体の量は転置された液体の体積に等しいです。

今では密度の概念を理解すると、液体と固体の密度を正確に決定するための 2 つのプロトコルを見てをみましょう。

この手順を開始するには、分析用天秤に清潔で乾燥した 50 mL のメスフラスコを配置します。測定が安定したら風袋バランス。バランスは、ゼロを読むべきです。フラスコに約 45 mL の液体を追加するのに目標到達プロセスを使用します。校正マークは入力しないでください。パスツール ピペットを使用して、液体のメニスカスの下、フラスコの線に触れるまでにだけ慎重に液体の最終的な 5 mL を追加します。フラスコの再度重量を量るし、液体の固まりを記録します。平均密度を計算するための追加の値を取得する、少なくとも 2 回の測定を繰り返します。結果は、次の表のとおりです。平均測定密度は 0.789 グラム/mL、エタノールの文献値と一致します。

ペレット状の不規則な固体の密度を決定するには、清潔で乾燥した 100 mL のメスシリンダーに約 40 mL の水を追加します。正確な量を記録します。分析的なバランスと風袋にシリンダーを配置します。約 10 ペレットを追加し、追加後に新しいボリュームを記録します。円柱、水、及びペレットの重量を量る。質量は、残りの部分を持って tared されたペレットのみです。密度の平均値を計算するための質量および体積測定の少なくとも 2 つの追加セットを作る。亜鉛の密度は 3 つの異なるサンプルを測定しました。6.3 グラム/mL のことが分かった。容積測定フラスコより精度が低く、メスシリンダーで測定を行ったので密度はより低い程度の精度があることに注意してください。

密度の科学的研究の別のフィールドに複数の異なるアプリケーションを見てみましょう。

密度は、識別や要素など知られている純度の他の種の純粋な材料の検証に便利です。たとえば、金は他の多くの安価な金属より高い密度があるために、ゴールド コインの密度はその純度をテストするための迅速かつ安価な方法を計算します。密度が、金と一致しない場合、コインは純粋ではありません。ここでは、ゴールド コイン 14.97 g/cm3、19.3 g/cm3コインが純粋な金のなされていないことを示す金の密度を大幅に下回る密度を与える 1.84 cm3のボリュームと 27.55 g の質量があることがわかった。

密度測定は可能な参照密度のリストが、出現で類似の金属を区別する使用ことができる場合、未知の物質を識別するためにも使用できます。この例では、科学者は、アルミニウムまたは亜鉛光沢のある銀の金属の 2 つのサンプルを識別しようとしています。2 つのサンプルでは、同じ質量を持っているが、それらのボリュームがかなり異なります。密度は、アルミニウム、亜鉛として彼らのアイデンティティを確認するそれぞれ、2.7 と 7.1 g/cm3であると判断されました。

最後に、密度の違いが複雑な混合物のコンポーネントを分割するのに役立ちます。密度勾配遠心法と呼ばれる手法でショ糖やポリマー濃度の減少は、グラデーションを作成する層です。サンプルは上に追加されます。この混合物は遠心分離に服従し、混合物の分子の濃度勾配の形成につながる「遠心力」を生成する高速での回転。混合物の成分は、その密度が匹敵するこの勾配に沿ってポイントに移行されます。

この例では、脂質小滴の特定のタイプまたは脂肪質の分子の小滴を細胞から分離されました。均質混合物はまずセルをこじ開けてによって得られました。ショ糖密度勾配の混合物を遠心分離、水滴は正常に細胞の膜などの脂質の作られています他の細胞部品から分かれていた。

液体と固体のゼウスの導入、密度の測定を見てきただけ。あなたは今量、これらの量を測定する方法の良いアイデアを持っていることと同様に、ボリューム、および密度、理解する必要があります。

見てくれてありがとう!

Results

表 1は、50 mL のメスフラスコを使用してエタノールの密度の測定結果を示します。密度は、50.0 mL で測定された質量を割ることによって求めた。平均測定濃度は 0.789 ± 0.001 g/mL。100 mL を用いた亜鉛金属サンプルの密度の定量表 2リスト結果卒業シリンダーと液体変位法。測定密度が (実験的なエラー) の内で一定であるに注意してください両方の物質の。表 2、特に、密度が勉強した物質の量に依存しないことを示します。

試用版 エタノール (g) の質量 量のエタノール (mL) 密度 (g/mL)
1 39.448 50.0 0.789
2 39.392 50.0 0.788
3 39.489 50.0 0.790

表 1.50 mL メスフラスコを使用してエタノールの密度の定量結果

試用版 (G) の亜鉛の質量 亜鉛 (mL) のボリューム 密度 (g/mL)
1 5.6133 0.9 6.2
2 7.6491 1.2 6.3
3 8.2164 1.3 6.3

表 2.100 mL を用いた亜鉛金属サンプルの密度の定量結果卒業シリンダーと液体変位法

Applications and Summary

密度は物質の集中的な特性です。したがって、密度測定は可能な参照密度のリストが利用可能な場合、未知の純粋な物質を識別するために使用できます。たとえば、密度は金属の外観 (図 2) のような区別するために使用できます。

非常に低いまたは非常に高い固まりが望ましいコンテキストで密度は材料の重要なプロパティです。材料エンジニアは、これらのコンテキストでの建設のための材料の密度を慎重に検討します。たとえば、一部の軽量のラップトップ コンピューターの体はアルミの最も少なく密の金属の一つできています。軽量テニス ラケットには、チタン、他の低密度の金属が含まれています。

Figure 2
図 2:アルミニウム (Al) と亜鉛 (Zn) 金属フロンディアの等価質量亜鉛金属は、そのより高い密度のためにはるかに少ない量を占めています。

1. 液体のエタノールの密度の測定

  1. 分析用天秤に清潔で乾燥した 50 mL のメスフラスコを配置します。
  2. バランスの「タレ」や「ゼロ」のボタンを押します。バランスは、0.000 g をお読みください。
  3. ビュレットの目標到達プロセスを使用して、容積測定フラスコに液体エタノール 45 mL を追加します。
  4. パスツール ピペットを使用して、液体のメニスカスの下に触れるフラスコのマーキングまでちょうど液体の最終的な 5 mL を追加します。
  5. 再び、メスフラスコの重量を量る、エタノールの量を記録します。
  6. 最高の結果を得るには、2 つの追加の密度測定を取得する手順 1.1-1.5 倍を繰り返します。

2. 固体亜鉛金属の密度の測定

  1. 清潔で乾燥した 100 mL のメスシリンダーに約 40 mL の水を追加します。水の正確な量を記録します。
  2. 分析用天秤にシリンダーと水を配置します。バランスの「タレ」や「ゼロ」のボタンを押します。バランスは、0.000 g をお読みください。
  3. 約 10 亜鉛ペレットをメスシリンダーに追加します。亜鉛 (図 1) の付加の後で液体のレベルを用いた水プラス亜鉛ペレットの新しいボリュームを記録します。
    Figure 1
    図 1.右側のシリンダーに亜鉛が上方変位させる水位
  4. バランス シリンダー、水、および亜鉛ペレットの重量を量る。亜鉛ペレットの質量を記録します。
  5. 最高の結果を得るには、2 つの追加の密度測定を取得する手順 2.1 – 2.4 倍を繰り返します。

密度、単位体積あたりの物質の質量として定義されているは、素材や化学系の特性評価に重要な物性です。

数学的に、それが占めている体積あたりの物質の質量として密度が計算されます。「Ρ」のギリシャ語のシンボルは、物理科学の密度を示すために通常使用されます。物質の密度を得るためには、その質量および体積、測定によって決まります。

密度決定の原則は、両方の固体と液体の物質の密度と密度科学研究のいくつかのアプリケーションを計算するための手順を紹介します。

すべての物質が質量とその質量は、特定のボリュームを占めています。

しかし、彼らのそれぞれの密度に応じて、さまざまな物質の同じ質量によって占有されるスペースの量が違います。たとえば、レンガのトンは、羽のトンと同じ質量が、かなり少ないボリュームで占められます。密度は質量で割った量。.質量スケールまたはバランスで測定が可能し、はグラムやキログラムで表されます。

規則では、液体及び気体の量はリットル、ミリリットル、ガラス製品の測定の単位で表されます。定期的に形をした固体の寸法は、定規やノギスは、立方センチメートルなどの単位でボリュームを与える線形単位を直接測定できます。1 ミリリットルは 1 立方センチメートルに相当します。

不規則な形状の固体試料の寸法を簡単に測定することはできません。代わりに、そのボリュームは、液体中の固形物を水没によって決定できます。水中の固体の量は転置された液体の体積に等しいです。

今では密度の概念を理解すると、液体と固体の密度を正確に決定するための 2 つのプロトコルを見てをみましょう。

この手順を開始するには、分析用天秤に清潔で乾燥した 50 mL のメスフラスコを配置します。測定が安定したら風袋バランス。バランスは、ゼロを読むべきです。フラスコに約 45 mL の液体を追加するのに目標到達プロセスを使用します。校正マークは入力しないでください。パスツール ピペットを使用して、液体のメニスカスの下、フラスコの線に触れるまでにだけ慎重に液体の最終的な 5 mL を追加します。フラスコの再度重量を量るし、液体の固まりを記録します。平均密度を計算するための追加の値を取得する、少なくとも 2 回の測定を繰り返します。結果は、次の表のとおりです。平均測定密度は 0.789 グラム/mL、エタノールの文献値と一致します。

ペレット状の不規則な固体の密度を決定するには、清潔で乾燥した 100 mL のメスシリンダーに約 40 mL の水を追加します。正確な量を記録します。分析的なバランスと風袋にシリンダーを配置します。約 10 ペレットを追加し、追加後に新しいボリュームを記録します。円柱、水、及びペレットの重量を量る。質量は、残りの部分を持って tared されたペレットのみです。密度の平均値を計算するための質量および体積測定の少なくとも 2 つの追加セットを作る。亜鉛の密度は 3 つの異なるサンプルを測定しました。6.3 グラム/mL のことが分かった。容積測定フラスコより精度が低く、メスシリンダーで測定を行ったので密度はより低い程度の精度があることに注意してください。

密度の科学的研究の別のフィールドに複数の異なるアプリケーションを見てみましょう。

密度は、識別や要素など知られている純度の他の種の純粋な材料の検証に便利です。たとえば、金は他の多くの安価な金属より高い密度があるために、ゴールド コインの密度はその純度をテストするための迅速かつ安価な方法を計算します。密度が、金と一致しない場合、コインは純粋ではありません。ここでは、ゴールド コイン 14.97 g/cm3、19.3 g/cm3コインが純粋な金のなされていないことを示す金の密度を大幅に下回る密度を与える 1.84 cm3のボリュームと 27.55 g の質量があることがわかった。

密度測定は可能な参照密度のリストが、出現で類似の金属を区別する使用ことができる場合、未知の物質を識別するためにも使用できます。この例では、科学者は、アルミニウムまたは亜鉛光沢のある銀の金属の 2 つのサンプルを識別しようとしています。2 つのサンプルでは、同じ質量を持っているが、それらのボリュームがかなり異なります。密度は、アルミニウム、亜鉛として彼らのアイデンティティを確認するそれぞれ、2.7 と 7.1 g/cm3であると判断されました。

最後に、密度の違いが複雑な混合物のコンポーネントを分割するのに役立ちます。密度勾配遠心法と呼ばれる手法でショ糖やポリマー濃度の減少は、グラデーションを作成する層です。サンプルは上に追加されます。この混合物は遠心分離に服従し、混合物の分子の濃度勾配の形成につながる「遠心力」を生成する高速での回転。混合物の成分は、その密度が匹敵するこの勾配に沿ってポイントに移行されます。

この例では、脂質小滴の特定のタイプまたは脂肪質の分子の小滴を細胞から分離されました。均質混合物はまずセルをこじ開けてによって得られました。ショ糖密度勾配の混合物を遠心分離、水滴は正常に細胞の膜などの脂質の作られています他の細胞部品から分かれていた。

液体と固体のゼウスの導入、密度の測定を見てきただけ。あなたは今量、これらの量を測定する方法の良いアイデアを持っていることと同様に、ボリューム、および密度、理解する必要があります。

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