تعیین چگالی (جرم حجمی یا دانسیته) مواد
جرم یک جسم بستگی به جنس و اندازه آن دارد. چگالی نسبت جرم به حجم می باشد. به عبارت دیگر، چگالی جرم واحد برای هر جسم به شمار می رود و چون حجم اجسام با دما تغییر می کند، لذا چگالی مواد در دمای معین مقداری ثابت است.
در رابطه بالا، d چگالی، m جرم و v حجم را نشان می دهد.
واحد چگالی برای مواد جامد و مایع گرم بر سانتی متر مکعب و برای گازها گرم بر لیتر است.
مواد و وسایل مورد نیاز
قطعه هایی از ماده جامد – مقداری از مایع مورد آزمایش – آب مقطر – ترازوی دقیق – استوانه مدرج 25 میلی لیتری– پی پت 25 میلی لیتری – پیکنومتر – بورت 50 میلی لیتری
برای تعیین چگالی یک جسم باید وزن و حجم مقدار معینی از آن را تعیین کنید.
تعیین چگالی مایع
اندازه گیری چگالی یک مایع، بسته به دقت مورد نیاز، می تواند با وسایل مختلف انجام گیرد.
1- تعیین چگالی مایع با استفاده از استوانه مدرج
یک استوانه مدرج 25 میلی لیتری خشک را با دقت 0/001 ± گرم وزن کنید. درون آن تا خط نشانه ای که حجم 20 میلی لیتر را نشان می دهد، از مایع مورد آزمایش با دمای tºC بریزید. و مجدد آن را با همان دقت قبلی وزن کنید، برای دقت بیشتر در اندازه گیری حجم، بهتر است از پی پت یا بورت استفاده کنید. در این صورت یک بشر کوچک 50 میلی لیتری خشک را وزن کنید و پی پت یا بورت را با مایع مورد آزمایش شستشو دهید و 20 میلی لیتر از آن را به وسیله پی پت یا بورت در بشر بریزید و دوباره وزن کنید. اکنون با دانستن وزن و حجم مایع، می توانید چگالی آن را محاسبه نمایید.
2- تعیین چگالی دقیق مایع (با استفاده از پیکنومتر)
دقیق ترین وسیله برای این آزمایش پیکنومتر است. ابتدا پیکنومتر خالی و خشک، سپس پیکنومتر پر از آب مقطر با دمای tºC و سرانجام پیکنومتر پر از مایع مورد آزمایش با همان دما را با دقت 0/001 ± گرم وزن کنید. وزن آن ها را به ترتیب m2، m1 و m3 بنامید. قبل از ریختن مایع مورد آزمایش در پیکنومتر آن را با مایع مورد نظر شستشو دهید تا قطره های آب در آن باقی نمانده باشد.
چگالی آب مقطر، در دمای tºC را در جدول ذیل مشاهده نمایید.
با داشتن وزن و چگالی آب مقطر در دمای tºC حجم آن را در این دما می توانید محاسبه کنید. و چون حجم مایع مورد آزمایش با حجم آب مقطر برابر است لذا حجم به دست آمده برابر حجم مایع مورد آزمایش نیز می باشد. توجه داشته باشید که هنگام پر کردن پیکنومتر باید لوله مویین آن نیز پز از مایع باشد. بنابراین هنگام پر کردن پیکنومتر، چند قطره از مایع باید بیرون بریزد. پیش از توزین، جدار بیرونی پیکنومتر را کاملاً خشک نمایید.
تعیین چگالی یک جامد
حدود 5 گرم از جسم جامد را با دقت 0/001 ± گرم وزن کنید. در یک استوانه مدرج 25 میلی لیتری خشک، تا خط نشانه معینی آب بریزید و حجم آن را V1 یادداشت کنید. قطعه های جامد را به آرامی در استوانه مدرج بیاندازید به طوری که کاملاً در آب فرو روند. ببینید سطح آب مقابل کدام خط نشانه است و حجم آب را V2 یادداشت کنید.
حال با دانستن وزن جسم جامد و حجم آن (اختلاف دو حجم یادداشت شده) می توان چگالی آن را محاسبه نمود.
تعیین چگالی یک گاز
چگالی گازها با توجه به اصل آووگادرو در هر شرایطی قابل محاسبه است. می دانیم که یک مول از هر گاز در شرایط متعارفی، حجم 22/4 لیتر را اشغال می کند. بنابراین، از تقسیم نمودن جرم مولی گاز به عدد 22/4، می توان چگالی آن را در شرایط متعارفی بر حسب g/lit به دست آورد.
نکات ایمنی و مهم
1- برای برداشتن مایعات سمی خطرناک (سمی یا سوزاننده) هرگز از پی پت استفاده نکنید.
2- برای تعیین چگالی اجسام جامدی که در آب حل می شوند و یا واکنش شدیدی با آب دارند، هنگام اندازه گیری حجم آن ها از مایع دیگری استفاده کنید.
3- دقت کنید دما در طول مراحل مختلف انجام آزمایش ثابت باشد.