4.2.5.2 Pipetta kalibrálása

ahol:

ρd: desztillált víz sűrűsége a mérési hőmérsékleten (g/cm³), mü+d: desztillált vízzel teli lombik tömege (g),

m_ü: üres lombik tömege,

V_t: a lombik valódi, tényleges térfogata (cm³).

III.4.2.5.2 Pipetta kalibrálása

A kalibráláshoz táramérlegen mérjünk le egy dugóval ellátott üres, előzetesen megfelelőképpen tisztított, száraz lombikot (m_ü). Töltsük jelre a kalibrálandó pipettát.

Ha egyjelű pipettát kalibrálunk, akkor a jelre állított desztillált víz mennyiséget, ha kétjelűt, akkor a két jel közti víztérfogatot lassan engedjük ki az ismert tömegű lombikba. Mérjük le az így kapott, vizet tartalmazó lombik tömegét (m_ü+d). A kapott adatokból kiszámítható a pipettából kifolyt desztillált víz tömege és adott hőmérsékleten a víz sűrűségét ismerve a térfogata (Vt). A pipetta tényleges térfogata - mérőlombik esetében használt egyenlet felhasználásával kiszámolható. Az eredmények ténylegességét legalább három párhuzamos méréssel igazoljuk.

42 A projekt az Európai Unió támogatásával az Európai Szociális Alap társfinanszírozásávalvalósul meg Sűrűségmérés

III.4.3

A sűrűség (ρ) az anyag egységnyi térfogatának (V) tömege (m):

V térfogatváltozásból számíthatjuk. A különböző hőmérsékleten mért sűrűségek és térfogatok fordítottan aránylanak egymáshoz:

ρt: ρ0 = V₀ : V_t

ahol α az anyag köbös hőtágulási együtthatója.

Az így definiált sűrűséget abszolút sűrűségnek nevezzük. A gyakorlatban igen gyakran találkozunk a relatív sűrűség fogalmával, különösen mérések alkalmával. A relatív sűrűség egy viszonyszám, amely megadja, hogy valamely anyag abszolút sűrűsége hányszorosa a vonatkoztatási anyag abszolút sűrűségének. A vonatkoztatási anyag gázoknál leggyakrabban a levegő, a cseppfolyós és szilárd anyagoknál a víz. A relatív sűrűség (d) eszerint két, azonos fizikai körülmények között – tehát azonos nyomáson és hőmérsékleten – mért abszolút sűrűség (ρ) hányadosa.

A szilárd vagy folyékony anyagok relatív sűrűsége a vizsgált anyag 20°C-on meghatározott tömegének valamint a vele azonos térfogatú desztillált víz 4°C-on mért tömegének a hányadosa. A relatív sűrűség jele d²⁰₄. A 4 (3,98)°C-os víz sűrűsége kb.

1000,00 (999.9720) kg/m³ = 1,00000 (0,999972) g/cm³.

Laboratóriumban leggyakrabban folyadékok sűrűségét mérjük. A folyadékok sűrűségének laboratóriumi meghatározására areométer, piknométer, hidrosztatikai mérleg (Mohr-Westphal-mérleg) és digitális sűrűségmérők szolgálnak.

A folyadékok sűrűségét kényelmesen és gyorsan areométerrel (III-14. ábra; a) határozhatjuk meg. Az areométer alul kiszélesedő és megterhelt gömbben végződő üvegcső. Működése Arkhimédész törvényén alapszik. Az areométer addig süllyed a folyadékba, míg az általa kiszorított folyadék súlya egyenlővé nem válik az egész areométer súlyával.

A merülés mértéke tehát függ a folyadék sűrűségétől, amit az areométer vékony csövén levő skálán leolvashatunk. Egy-egy areométer adott sűrűségtartományban alkalmazható. Ennek megfelelően kétféle areométert alkalmaznak a méréseknél. A kereső areométereket alkalmazzák a vizsgálandó folyadék sűrűségének közelítő meghatározásához, illetve a mérési tartomány kiválasztásához. A tényleges méréshez pedig, csak abban a tartományban alkalmazható mérő areométert használnak. Az areométeres sűrűség meghatározás az előzőekhez képest kevésbé időigényes módszer.

Azonosító szám:

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

43 A piknométeres módszer esetében sűrűségmérést tömeg- és térfogatmérésre vezethetjük vissza: ismert térfogatú folyadék tömegét megmérjük, majd a tömeg/térfogat arányból kiszámítjuk a sűrűséget. A piknométer (III-14. ábra: b) lombikra emlékeztető hasas, szűk nyakú edény. A nyílása csiszolatos kapillárissal zárható, amelyen egy körbefutó jel a folyadékszint pontos beállítását biztosítja.

III-14. ábra: Sűrűségmérésre használt eszközök

A sűrűség hőmérsékletfüggő, így célszerű a sűrűséggel együtt a minta hőmérsékletét is mérni, ezért hőmérős eszközöket is készítenek, amelynek szintbeállító kapillárisát a piknométer oldalán helyezik el. Ezeknél a jelre állítás után az oldalcsövet csiszolatos kupakkal lehet lezárni, így gyakorlatilag nincs párolgási veszteség.

Méréskor a piknométert előbb a vizsgálandó anyaggal, majd az ismert sűrűségű anyaggal (rendszerint vízzel) feltöltve lemérjük. Mindkét tömegből kivonjuk az üres piknométer tömegét, és mivel a térfogatuk azonos, ezért sűrűségük aránya a tömegaránnyal egyenlő.

Ugyancsak Arkhimédész elvén alapszik az ún. hidrosztatikai módszerrel történő folyadék- sűrűség-mérés, amit úgy végzünk el, hogy egy meghatározott méretű szilárd testnek a súlycsökkenését mérjük ismert és ismeretlen sűrűségű folyadékban. Ezt a mérést ún. hidrosztatikai mérlegen vagy ennél kényelmesebben a Mohr-Westphal-mérlegen végezhetjük el.

A Mohr-Westphal-mérleg (III-14 ábra; c) egy különleges súlysorozattal ellátott hidrosztatikai mérleg. A súlysorozat egysége a mérleghez tartozó üvegtesttel egyenlő térfogatú, 4^oC hőmérsékletű víz légüres térre redukált súlyával egyenlő súlyú, U alakúra meghajlított vastag, rendszerint nikkelezett sárgaréz drót. A kisebb súlyok az egység 0,1, 0,01 és 0,001 részei. Ha az üvegtest súlyveszteségét a vizsgálandó folyadékban ezekkel a súlyokkal mérjük meg, akkor a súlyveszteség közvetlenül megadja a sűrűséget. A súlyveszteség mérésére a lovas alakú súlyokat ugyanarra a 10 osztályrészre beosztott karra helyezzük, amelynek végén az üvegtest függ. Az egyes súlyok névértékének tized részeit tehát a karhossz változtatásával mérjük. A mérleget a rajta levegőben függő üvegtesttel úgy kell beállítani, hogy a közönséges levegő átlagos sűrűségének (0,0012 mg/ml) megfelelően megterhelve egyensúlyban legyen. Ezt részben a lábcsavarral, részben pedig az ellensúly eltolásával érhetjük el. Ha az üvegtestet 4°C-os vízbe merítjük, akkor az egységnek megfelelő legnagyobb lovast a

(a) (b)

0C

(c)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

ellensúly

44 A projekt az Európai Unió támogatásával az Európai Szociális Alap társfinanszírozásávalvalósul meg kar végére (a 10. osztályrésznek megfelelő bevágásba, illetőleg horogra) kell akasztani, mert a 4°C-os desztillált víz sűrűsége 1,0000 g/cm³. Ha viszont pl. 1,354 g/ml sűrűségű folyadékba mártjuk az üvegtestet, akkor az egyik legnagyobb lovast a kar végére, a másikat a harmadik osztályrészre, az 0,1 est az 5, 0,01-ost pedig a negyedik osztályrészre kell helyezni, hogy a mérleg egyensúlyba jöjjön.

A Mohr-Westphal mérlegen kényelmesen, számítások végzése nélkül három tizedesjegy pontossággal határozhatjuk meg a sűrűséget, ami azonban nem éri el a piknométerrel történő sűrűségmérés pontosságát.

III.4.3.1 Elvégzendő feladat

Ismeretlen töménységű nátrium-klorid- és ammónium-klorid-oldatok oldat sűrűségének meghatározása