Что такое плотность в химии кратко

Обновлено: 06.07.2024

Пло́тность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму или как производная массы по объёму:

Данные выражения не эквивалентны, и выбор зависит от того, какая именно плотность рассматривается. Различаются:

средняя плотность тела — отношение массы тела к его объёму M / V . В однородном случае она называется просто плотностью тела;
плотность вещества — плотность однородного тела, состоящего из этого вещества;
плотность тела в точке — предел отношения массы малой части тела ( Δ m ), содержащей эту точку, к объёму этой малой части ( Δ V ), когда объём стремится к нулю [1] , или, кратко, lim Δ V → 0 Δ m / Δ V > . Так как на атомарном уровне любое тело неоднородно, при предельном переходе нужно остановиться на объёме, соответствующем используемой физической модели.

Для точечной массы плотность является бесконечной. Математически её можно определить или как меру, или как производную Радона — Никодима по отношению к некоторой опорной мере.

Плотность – это скалярная физическая величина, которая определяется как отношение массы тела к занимаемому им объему.

Данную величину обычно обозначают греческой буквой r или латинскими D и d. Единицей измерения плотности в системе СИ принято считать кг/м 3 , а в СГС – г/см 3 .

Плотность можно вычислить по формуле:

$\rho = \frac<m></p> <p>$

Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму.

Например, при нормальных условиях масса диокисда углерода в объеме 1 л равна 1,98 г, а масса водорода в том же объеме и при тех же условиях – 0,09 г, откуда плотность диоксида углерода по водороду составит: 1,98 / 0,09 = 22.

Как рассчитать плотность вещества

Обозначим относительную плотность газа m₁ / m₂ буквой D. Тогда

Следовательно, молярная масса газа равна его плотности по отношению у другому газа, умноженной на молярную массу второго газа.

Часто плотности различных газов определяют по отношению к водороду, как самому легкому из всех газов. Поскольку молярная масса водорода равна 2,0158 г/моль, то в этом случае уравнение для расчета молярных масс принимает вид:

или, если округлить молярную массу водорода до 2:

Вычисляя, например, по этому уравнению молярную массу диоксида углерода, плотность которого по водороду, как указано выше равна 22, находим:

M(CO₂) = 2 × 22 = 44 г/моль.

Примеры решения задач

Задание	Вычислите объем воды и массу поваренной соли NaCl, которые потребуются для приготовления 250 мл 0,7 М раствора. Плотность раствора принять равной 1 г/см . Какова массовая доля хлорида натрия в таком растворе?
Решение	Молярная концентрация раствора равная 0,7 М свидетельствует о том, что в 1000 мл раствора содержится 0,7 моль соли. Тогда, можно узнать, количество вещества соли в 250 мл этого раствора:

n(NaCl) = 250 × 0,7 / 1000 = 0,175 моль.

Найдем массу 0,175 моль хлорида натрия:

M(NaCl) = Ar(Na) + Ar(Cl) = 23 + 35,5 = 58,5 г/моль.

m(NaCl) = n(NaCl) × M(NaCl);

m(NaCl) = 0,175 × 58,5 = 10,2375 г.

Вычислим массу воды, необходимую для получения 250 мл 0,7 М раствора поваренной соли:

m_solution = V ×r = 250 × 1 = 250 г.

m(H₂O) = 250 – 10,2375 = 239,7625 г.

Задание	Вычислите объем воды и массу нитрата калия KNO₃, которые потребуются для приготовления 150 мл 0,5 М раствора. Плотность раствора принять равной 1 г/см . Какова массовая доля нитрата калия в таком растворе?
Решение	Молярная концентрация раствора равная 0,5 М свидетельствует о том, что в 1000 мл раствора содержится 0,7 моль соли. Тогда, можно узнать, количество вещества соли в 150 мл этого раствора:

n(KNO₃) = 150 × 0,5 / 1000 = 0,075 моль.

Найдем массу 0,075 моль нитрата калия:

M(KNO₃) = Ar(K) + Ar(N) + 3×Ar(O) = 39 + 14 + 3×16 = 53 + 48 = 154 г/моль.

m(KNO₃) = 0,075 ×154 = 11,55 г.

Вычислим массу воды, необходимую для получения 150 мл 0,5 М раствора нитрата калия:

В химических лабораториях очень часто приходится определять плотность. В литературе -прежних лет и в справочниках старых изданий приводятся таблицы удельных весов растворов и твердых тел. Этой величиной пользовались вместо плотности, являющейся одной из важнейших физических величин, которыми характеризуют свойства вещества.

Плотностью вещества называют отношение массы тела к его объему:

Следовательно, плотность вещества выражают * в г/см3. Удельным весом у называют отношение веса (силы тяжести) вещества к объему:

Плотность и удельный вес вещества находятся в такой же зависимости между собой, как масса и вес, т. е.

где g — местное значение ускорения силы тяжести при свободном падении. Таким образом, размерность удельного веса '(г/см2 • сек2) и плотности (г/см3), а также их числовые значения, выраженные в одной системе единиц, отличаются друг от друга *.

Плотность тела не зависит от его местонахождения на Земле, в то время как удельный вес изменяется в зависимости от того, в каком месте Земли его измерить.

В ряде случаев предпочитают пользоваться так называемой относительной плотностью, представляющей собой отношение плотности данного вещества к плотности другого вещества при определенных условиях. Относительная плотность выражается отвлеченным числом.

Относительную плотность d жидких и твердых веществ принято определять по отношению к плотности дистиллированной воды:

Само собой разумеется, что р и рв должны выражаться одинаковыми единицами.

Относительную плотность d можно также выражать отношением массы взятого вещества к массе дистиллированной воды, взятой в том же объеме, что и вещество, при определенных, постоянных условиях.

Поскольку числовые значения как относительной плотности, так и относительного удельного веса при указанных постоянных условиях являются одинаковыми, пользоваться таблицами относительных удельных весов в справочниках можно так же, как если бы это были таблицы плотности.

Относительная плотность является постоянной величиной для каждого химически однородного вещества и для растворов при данной температуре. Поэтому по

* В ряде случаев плотность выражают в г/мл. Различие между числовыми значениями плотности, выраженными в г/см3 и г/мл, очень незначительно. Его следует принимать во внимание лишь при работах особой точности.

Поэтому по величине относительной плотности во многих случаях можно судить о концентрации вещества в растворе.

Обычно плотность раствора увеличивается с увеличением концентрации растворенного вещества (если оно само имеет плотность больше, чем растворитель). Но имеются вещества, для которых увеличение плотности с увеличением концентрации идет только до известного предела, после которого при увеличении концентрации происходит уменьшение плотности.

Например, серная кислота имеет наивысшую плотность, равную 1,8415 при концентрации 97,35%. Дальнейшее увеличение концентрации сопровождается уменьшением плотности до 1,8315, что соответствует 99,31%.

Уксусная кислота имеет максимальную плотность при концентрации 77- 79%, а 100%-ная уксусная кислота имеет ту же плотность, что и 41%-ная.

Относительная плотность зависит от температуры, при которой ее определяют. Поэтому всегда указывают температуру, при которой делали определение, и температуру воды (объем взят за единицу). В справочниках это показывают при помощи соответствующих индексов, например eft; приведенное обозначение указывает, что относительная плотность определена при температуре 2O0C и за единицу для сравнения взята плотность воды при температуре 4е С. Встречаются также и другие индексы, обозначающие условия, при которых производилось определение относительной плотности, например Я4 Ul и т. д.

Изменение относительной плотности 90%-ной серной кислоты в зависимости от температуры окружающей среды приводится ниже:

Относительная плотность с повышением температуры уменьшается, с понижением ее —увеличивается.

При определении относительной плотности необходимо отмечать температуру, при которой оно проведено, и полученные величины сравнивать с табличными данны-, ми, определенными при той_же температуре.

Если измерение проведено не при той температуре, которая указана в справочнике, то. вводят поправку, вычисляемую как среднее изменение относительной плотпости на один градус. Например, если в интервале между 15 и 20 0C относительная плотность 90%-ной серной кислоты уменьшается на 1,8198—1,8144 = 0,0054, то в среднем можно принять, что при изменении температуры на 1 0С (выше 15 0C) относительная плотность уменьшается на 0,0054 : 5 = 0,0011.

Таким образом, если определение вести при 18 0C, то относительная плотность указанного раствора должна быть равна:

Однако для введения температурной поправки к относительной плотности удобнее пользоваться приведенной ниже номограммой (рис. 488). Эта номограмма, кроме того, дает возможность но известной относительной плотности, вычисленной при стандартной температуре 20° С, приближенно определять относительную плотность при других температурах, в чем иногда может возникнуть потребность.Относительную плотность жидкостей можно определять при помощи ареометров, пикнометров, специальных весов и т. п.

Определение относительной плотности ареометрами.

Для быстрого определения относительной плотности жидкости применяют так называемые ареометры (рис. 489). Это—стеклянная трубка (рис. 489, а), расширяющаяся внизу и имеющая на конце стеклянный резервуар, заполненный дробью нли специальной массой, (реже — ртутью). В верхней узкой части ареометра имеется шкала с делениями. Чем меньше относительная плотность жидкости, тем глубже погружается в нее ареометр. Поэтому на его шкале вверху нанесено наименьшее значение относительной плотности, которое можно определить данным ареометром, внизу — наибольшее. Например, у ареометров для жидкостей с относительной плотностью меньше единицы внизу стоит 1,000, выше 0,990, еще выше 0,980 и т. д.

Промежутки между цифрами разделены на более мелкие деления, позволяющие определять относительную плотность с точностью до третьего десятичного знака. У наиболее точных ареометров шкала охватывает значения относительной плотности в пределах 0,2—0,4 единицы (например, Для определения плотности от 1,000 до 1,200, от 1,200 до 1,400 и т. д.). Такие ареометры обычно продают в виде наборов, которые дают возможность определять относительную плотность в широком интервале.

Номограмма для введения температурной поправки

Иногда ареометры снабжены термометрами (рис. 489,6), что позволяет одновременно измерять температуру, при которой проводится определение. Для определения относительной плотности при помощи ареометра жидкость наливают в стеклянный цилиндр (рис. 490) емкостью не менее 0,5 л, сходный по форме с мерным, но без носика и делений. Размер цилиндра должен соответствовать размеру ареометра. Наливать жидкость в цилиндр до краев не следует, так как при погружении ареометра жидкость может перелиться через край. Это бывает даже опасно при измерении плотности концентрированных кислот или концентрированных щелочей и пр. Поэтому уровень жидкости в цилиндре должен быть на несколько сантиметров ниже края цилиндра.

Иногда цилиндр для определения плотности имеет вверху желоб, расположенный концентрически, так что если жидкость при погружении ареометра перельется через край, то она не выльется на стол.

Для определения относительной плотности имеются специальные приборы, поддерживающие постоянный уровень жидкости в цилиндре. Схема одного из таких приборов приведена на рис. 491. Это — цилиндр 2, имеющий на определенной высоте отводную трубку 3 для стекания жидкости, вытесняемой ареометром при погружении его в жидкость. Вытесняемая жидкость поступает в трубку 4, имеющую кран 5, через который жидкость может быть слита. Цилиндр можно наполнять исследуемой жидкостью через уравнительную трубку /, имеющую в верхней части цилиндрическое расширение.

Плотность – это один из важнейших параметров физического тела. Согласно определению, плотность – это скалярная величина, которая измеряется для однородных тел в виде отношения массы тела к его объему. Существует несколько способов узнать значение данного параметра.

Как найти плотность по химии
Как определить плотность раствора
Как вычислять относительную плотность вещества

- весы;
- мерный стакан;
- таблица объемов.

Исходя из определения, для того, чтобы узнать плотность, вам необходимо выяснить массу и объем тела. Это правило справедливо для твердых и жидких веществ. Поставьте тело на весы, и вы увидите необходимый вам количественный показатель. Переведите полученное значение в килограммы, которые являются основной единицей в системе измерений. Если вы узнаете массу жидкого вещества, то прежде чем залить его в колбу и взвесить, узнайте массу самой колбы. Вам нужно будет отнять ее от полученного результата.

Если тело, плотность которого вы хотите найти, представляет собой правильную геометрическую фигуру, работать вам будет значительно проще. Для того чтобы найти объем правильной фигуры, можно воспользоваться таблицей объемов, найти формулу и вычислить по ней результат. Если же фигура неправильная, возьмите мерный стакан и наполните его водой (не полностью). Запишите, на какой отметке находится вода. Затем опустите исследуемое тело в воду и отметьте цифру, на которой находится вода теперь. Разница между вторым и первым значением и будет являться необходимым вам объемом. Объем жидкости также можно измерять с помощью того же мерного стаканчика.

Вам остается лишь подставить полученные данные в формулу ρ = m/V, где m – это масса, а V – объем вещества.

Плотность газов находится по-другому. Для этого вам потребуется знать молярную массу газа и его нормальный объем. Если, согласно условию задачи, действия происходят при нормальных условиях (температура 0 градусов и давление 760 мм.рт.ст.), то нормальный объем будет равен 22,4 л/моль. Молярная масса – это масса одного моля вещества. Формула нахождения плотности газа будет ρ = М/V норм.

Если температура или давление отличаются от нормального, то для выяснения плотности газа вам придется воспользоваться формулой Клапейрона-Менделеева и найти объем газа: ρ* V = m/М * R*T, где ρ – это давление, V – необходимый вам объем, m – масса газа, М – молярная масса, Т – температура в Кельвинах, а R – универсальная газовая постоянная, которая равна 8,3 Дж/моль*К.

Читайте также: