Overview
Source : Laboratoire du Dr Michael Evans, Georgia Institute of Technology
Le rapport de la masse d’une substance à son volume est connu comme la masse volumique ou, simplement, la densité de la matière. La densité est exprimée en unités de masse par volume, par exemple g/mL ou kg/m3. Parce que la densité d’une substance ne dépend pas de la quantité de substance présente, la densité est une « propriété intensive ».
Pour mesurer la densité d’un échantillon de matière, la masse et le volume de l’échantillon doivent être déterminées. Pour les solides et liquides, un équilibre peut être utilisé pour mesurer la masse ; Cependant, les méthodes permettant de déterminer le volume sont différents pour les solides et liquides. Comme les liquides peuvent circuler et prendre la forme de leurs contenants, verrerie tel qu’un cylindre gradué ou fiole jaugée peut être utilisé pour mesurer le volume d’un liquide. Le volume d’un solide de forme irrégulière peut être mesuré par immersion dans un liquide, la différence de volume causée par l’ajout du solide est égale au volume du solide.
Cette démonstration illustre les méthodes pour mesurer la densité des solides et des liquides. À l’aide d’une fiole jaugée et une balance analytique, la densité de l’éthanol peut être déterminée. Utilisant un cylindre gradué, balance d’analyse et d’eau comme le liquide déplacé, la masse volumique du zinc métallique peut être déterminée.
Principles
Par définition, toute matière masse et occupe le volume. La densité d’une substance est le rapport entre sa masse et son volume. À température et pression constantes, la densité d’une substance est constante.
La densité est une propriété intensive d’une substance qui ne dépend de la quantité de substance présente. Ainsi, la densité peut être utilisée pour identifier une substance pure inconnue si une liste des densités de référence est disponible, et l’expérimentateur peut choisir une commode quantité de matière à travailler avec lors de la mesure de densité.
Pour mesurer la densité d’un échantillon d’une substance, il est nécessaire de mesurer sa masse et volume. Masse est généralement mesurée à l’aide d’une balance de précision, un instrument précis qui s’appuie sur la force exercée par l’échantillon en raison de la gravité. Le récipient pour contenir l’échantillon (également utilisé pour mesurer le volume) est pesé et taré, alors que l’échantillon masse apparaît sur l’écran d’équilibre lorsque l’échantillon est ajouté au conteneur.
Pour les liquides, ce conteneur est typiquement une fiole jaugée, qui a une marque qui correspond à un volume spécifique. Le réservoir est rempli jusqu'à la ligne de l’échantillon liquide et pesé de nouveau après que la fiole vide a été tarée. La densité mesurée est le rapport entre la masse mesurée au volume indiqué sur le flacon.
Des matières plus solides sont de forme irrégulière, qui complique la détermination du volume. Il est inexact, par exemple, pour déterminer le volume de poudre par la mesure de ses dimensions. Au lieu de mesurer directement les dimensions ou à l’aide de verres comme un ballon jaugé, il est nécessaire de faire usage d’une méthode de déplacement liquide pour mesurer le volume d’un solide de forme irrégulière. Une éprouvette graduée contenant un volume connu de liquide (dans lequel le solide est insoluble) est tarée. Le solide est ajouté à la bouteille, et la masse totale est pesée à nouveau pour déterminer la masse du solide. L’addition du solide provoque un déplacement vers le haut du liquide, ce qui entraîne une nouvelle lecture de volume. Le volume du solide est égal à la variation en volume en raison du déplacement de liquide (par exemple, la différence de volume de liquides avant et après l’ajout de solide).
En ce qui concerne les liquides, la densité mesurée d’un échantillon solide est le rapport entre la masse mesurée pour le volume mesuré.
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Procedure
1. détermination de la densité de l’éthanol liquide
- Placez une fiole jaugée de 50 mL propre et sèche sur une balance analytique.
- Appuyez sur la « Tare » ou « Zéro » sur la balance. L’équilibre doit se lire 0,000 g.
- Utilisez un entonnoir buret pour ajouter 45 mL d’éthanol liquide dans la fiole jaugée.
- Utiliser une pipette Pasteur d’ajouter les derniers 5 mL de liquide, jusqu'à ce que la partie inférieure du ménisque du liquide touche le marquage sur le ballon.
- Peser la fiole jaugée à nouveau et notez la masse de l’éthanol.
- Pour de meilleurs résultats, répétez les étapes deux fois plus de 1,1 à 1,5 pour obtenir deux mesures de densité supplémentaire.
2. détermination de la densité du solide de zinc
- Ajouter environ 40 mL d’eau à une éprouvette graduée de 100 mL propre et sec. Noter le volume exact de l’eau.
- Placez la bouteille et l’eau sur une balance analytique. Appuyez sur la « Tare » ou « Zéro » sur la balance. L’équilibre doit se lire 0,000 g.
- Ajouter environ 10 pastilles de zinc à l’éprouvette graduée. Enregistrer le nouveau volume des pastilles eau plus de zinc à l’aide du niveau de liquide après l’addition du zinc (Figure 1).
Figure 1. Zinc ajouté à la bouteille sur la droite provoque le niveau d’eau de se déplacer vers le haut. - Peser le cylindre, l’eau et les pastilles de zinc sur la balance. Noter la masse de zinc pastilles.
- Pour de meilleurs résultats, répétez les étapes deux fois plus de 2,1 à 2,4 pour obtenir deux mesures de densité supplémentaire.
Défini comme la masse d’une substance par unité de volume, la densité est une propriété physique importante pour caractériser un matériau ou un système chimique.
Mathématiquement, la densité est calculée sous forme de masse de la substance par le volume qu’il occupe. Le symbole grec « ρ » est normalement utilisé pour désigner la densité dans les sciences physiques. Pour obtenir la densité d’une substance, sa masse et volume sont déterminées par la mesure.
Cette vidéo va présenter les principes de détermination de la densité, les modalités de calcul de la densité des substances solides et liquides, tant et quelques applications de densité dans la recherche scientifique.
Toute matière dont la masse, et que la masse occupe un volume spécifique.
Toutefois, le volume de l’espace occupé par la même masse est différent pour différentes matières, en fonction de leur densité respective. Par exemple, une tonne de briques a la même masse d’une tonne de plumes, mais occupe beaucoup moins de volume. La densité est obtenue en divisant la masse volumique. . Masse peut être mesurée avec les échelles ou les soldes et est exprimé en grammes ou en kilogrammes.
Par convention, le volume des liquides et des gaz est souvent exprimé en litres ou millilitres, mesurées à l’aide de verrerie. Les dimensions des solides régulièrement en forme peuvent être mesurées directement avec les dirigeants ou les étriers, qui ont des unités linéaires, donnant des volumes en unités telles que les centimètres cubes. Un millilitre équivaut à un centimètre cube.
Les dimensions des échantillons solides de forme irrégulière ne peuvent être facilement mesurées. Au lieu de cela, leurs volumes peuvent être déterminés en le submergeant le solide dans un liquide. Le volume du solide immergé est égal au volume du fluide déplacé.
Maintenant que vous comprenez le concept de densité, nous allons jeter un oeil à deux protocoles pour déterminer avec précision la masse volumique d’un liquide et un solide.
Pour commencer cette procédure, placez une fiole jaugée de 50 mL propre et sec sur une balance analytique. Après que la mesure soit stabilisé, la balance à zéro. Le solde doit indiquer zéro. Utilisez un entonnoir pour ajouter environ 45 mL de liquide dans le ballon. Ne pas remplir jusqu’au repère d’étalonnage. Utiliser une pipette Pasteur pour ajouter avec précaution les derniers 5 mL de liquide, jusqu'à ce que la partie inférieure du ménisque du liquide touche la ligne sur la fiole. Peser la fiole à nouveau et noter la masse du liquide. Répéter les mesures au moins deux fois pour obtenir des valeurs supplémentaires pour calculer une densité moyenne. Les résultats sont présentés dans ce tableau. La densité moyenne mesurée était 0,789 g/mL, correspondant à la valeur de la littérature pour l’éthanol.
Pour déterminer la densité d’un solide irrégulier sous forme de granulés, ajouter environ 40 mL d’eau à une éprouvette graduée de 100 mL propre et sec. Noter le volume exact. Placez la bouteille sur une balance analytique et la tare. Ajouter environ 10 pastilles et noter le nouveau volume après l’ajout. Peser la bouteille, d’eau et pastilles. La masse est seulement les plombs, comme le reste ont été taré. Faire au moins deux autres ensembles de mesures de masse et de volume pour calculer une valeur moyenne de la densité. La densité de zinc a été mesurée pour trois différents échantillons. Il s’est avéré 6,3 g/mL. Notez que, étant donné que les mesures ont été effectuées dans une éprouvette graduée, qui est moins précise qu’une fiole jaugée, la densité est plus faible degré de précision.
Nous allons maintenant étudier plusieurs applications différentes de la masse volumique d’un domaine différent de la recherche scientifique.
La densité est utile pour l’identification ou la validation des matériaux purs, tels que des éléments ou d’autres espèces de pureté connue. Par exemple, parce que l’or a une densité plus élevée que de nombreux autres métaux moins cher, calculer que la masse volumique d’une pièce d’or est un moyen rapide et peu coûteux pour tester sa pureté. Si la densité ne correspond pas à celle de l’or, la pièce n’est pas pure. Ici, une pièce d’or s’est avérée pour avoir une masse de 27,55 g et un volume de 1,84 cm3, qui donne une densité de 14,97 g/cm3, qui est nettement inférieur à la densité de l’or de 19,3 g/cm3, indiquant que la pièce n’est pas faite d’or pur.
Mesures de densité permet également d’identifier une substance inconnue si une liste des densités de référence possible est disponible et peut être utilisée pour distinguer les métaux semblables en apparence. Dans cet exemple, le scientifique cherche à identifier deux échantillons de métal argenté brillant, qui peut être en aluminium ou zinc. Alors que les deux échantillons ont la même masse, leurs volumes sont très différents. Les densités ont été déterminées respectivement de 2,7 et 7,1 g/cm3 confirmant leur identité comme l’aluminium et de zinc.
Enfin, les différences de densité sont utiles pour séparer les composants d’un mélange complexe. Dans une méthode appelée la centrifugation en gradient de densité, baisse de concentration de saccharose ou de polymères est superposées pour créer un dégradé. L’échantillon est alors ajouté sur le dessus. Ce mélange est ensuite soumis à une centrifugation — la filature du mélange à haute vitesse pour générer une « force centrifuge » qui aboutira à la création d’un gradient de concentration de la molécule. Composants du mélange vont migrer vers un point le long de ce gradient avec laquelle sa densité est comparable.
Dans cet exemple, un type spécifique de gouttelettes lipidiques, ou de petites gouttes de molécules graisseuses, a été isolés des cellules. Tout d’abord, un mélange homogénéisé a été obtenu en cassant les cellules ouvertes. En centrifugeant le mélange dans un gradient de densité de sucrose, les gouttelettes ont été avec succès séparés des autres composantes cellulaires qui sont constitués de lipides, comme les membranes des cellules.
Vous avez juste regardé introduction de JoVE la détermination de la densité d’un liquide et un solide. Vous devez maintenant comprendre masse, volume, densité, ainsi avoir une bonne idée de la façon de mesurer ces quantités.
Merci de regarder !
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Results
Le tableau 1 répertorie les résultats pour la détermination de la densité de l’éthanol en utilisant un ballon jaugé de 50 mL. Les densités ont été calculées en divisant la masse mesurée par 50,0 mL. La densité moyenne mesurée était de 0,789 ± 0,001 g/mL. Tableau 2 résultats de listes pour la détermination de la densité d’un échantillon de zinc métal à l’aide d’un 100 mL gradué cylindre et la méthode du liquide. Notez que les densités mesurées sont constantes (intérieur des erreurs expérimentales) pour les deux substances. Tableau 2, en particulier, montre que la densité est indépendante de la quantité de la substance étudiée.
| Trial | Masse d’éthanol (g) | Volume d’éthanol (mL) | Densité (g/mL) |
| 1 | 39.448 | 50,0 | 0,789 |
| 2 | 39.392 | 50,0 | 0,788 |
| 3 | 39.489 | 50,0 | 0,790 |
Table 1. Résultats pour la détermination de la densité de l’éthanol en utilisant un ballon jaugé de 50 mL.
| Trial | Masse de Zinc (g) | Volume de Zinc (mL) | Densité (g/mL) |
| 1 | 5.6133 | 0,9 | 6.2 |
| 2 | 7.6491 | 1.2 | 6.3 |
| 3 | 8.2164 | 1.3 | 6.3 |
Le tableau 2. Résultats pour la détermination de la densité d’un échantillon de zinc métal à l’aide d’un 100 mL gradué cylindre et la méthode de déplacement liquide.
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Applications and Summary
La densité est une propriété intensive caractéristique d’une substance. Ainsi, des mesures de densité peuvent servir à identifier une substance pure inconnue s’il existe une liste des densités de référence possible. Par exemple, la densité peut servir à distinguer les métaux semblables dans l’aspect extérieur (Figure 2).
Dans des contextes où la masse très basse ou très élevée est souhaitable, la densité est une propriété matérielle critique. Ingénieurs de matériaux d’examiner attentivement la masse volumique des matériaux pour la construction dans ces contextes. Par exemple, les corps de certains ordinateurs portables légers sont faits d’aluminium, un des métaux moins denses. Raquettes de tennis légères contiennent titane, un autre métal de faible densité.
Figure 2 : Masses équivalentes d’aluminium (Al) et zinc (Zn) Metal. Le zinc métal occupe un volume beaucoup plus petit en raison de sa densité plus élevée.
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