Щільність, тобто маса одиниці об'єму речовини, є однією з найбільш важливих його фізичних характеристик. Відповідно до Міжнародної системи одиниць (СІ) щільність вимірюється в кілограмах на 1 метр кубічний (кг / м3), по Державної фармакопеї - в грамах на 1 см3 (г / см3). У ряді випадків зручніше користуватися відносною щільністю, яка представляє собою відношення щільності даної речовини до густини дистильованої води при 4 С. Відносна щільність є безрозмірною величиною, її прийнято позначати буквою d, а щільність - буквою р. Оскільки щільність залежить від температури, то необхідно вказувати умови, при яких проводилося вимірювання. Так, запис d означає, що відносна щільність визначалася для речовини при 1.5 З по відношенню до щільності води при 4 С. При користуванні довідковими даними необхідно звертати увагу на температуру, до якої вони належать.
У практиці проведення технічного аналізу на хіміко-фармацевтичних заводах зазвичай визначають щільність рідин за допомогою пікнометра або ареометра.
Визначення щільності рідини за допомогою пікнометра
Чистий сухий пікнометр (рис. 4) зважують на аналітичних вагах з точністю до 0,0002 г. Потім заповнюють його дистильованою водою трохи вище мітки, закривають пробкою і поміщають в термостат. Після 20-хвилинної витримки в термостаті при температурі 20 + -0,1 С рівень води в пікнометра швидко доводять до мітки, відбираючи надлишок води піпеткою, капіляром або згорнутої смужкою чистої неволокнистої фільтрувального паперу. Пікнометр знову закривають пробкою, термостатируют ще 10 хв, перевіряють відповідність рівня рідини мітці, протирають зовні насухо чистою м'якою тканиною або фільтрувальним папером і залишають на 10 хв за склом коробки аналітичних ваг, а потім знову зважують. Після цього пікнометр звільняють від води, споліскують послідовно спиртом і ефіром, потім видаляють залишки ефіру продуванням повітря, заповнюють пікнометр випробуваної рідиною і проводять ті ж операції, що і з дистильованою водою.
Мал. 4. Пікнометри.
Відносну щільність рідини розраховують за формулою:
де d - відносна щільність випробуваної рідини; m - маса порожнього пікнометра, г; m1 - маса пікнометра з дистильованою водою, г; т2 - маса пікнометра з випробуваної рідиною, г; 0,99703 - значення відносної щільності води при 20 С з урахуванням щільності повітря; 0,0012 - щільність повітря при 20 С і тиску 760 мм рт. ст.
Значення 0,0012 треба додати до розрахованої щільності, так як пікнометр перед заповненням рідини містив повітря.
Слід звертати увагу на те, щоб при витирання пікнометра на його стінках не залишалися волокна фільтрувального паперу або тканини. Не можна сушити пікнометр шляхом нагрівання. Застосування пікнометра дозволяє визначати відносну щільність з точністю до 0,001.
Щільність рідини в грамах на 1 мл при температурі 20 ° С розраховують, виходячи з маси 1 мл аналізованого речовини, і додають поправку на зважування в повітрі у відповідності з наступною таблицею:
Маса 1 мл, г Поправка 0,60-1,03 0,0011 1,04-1,72 0,0010 1,73-2,00 0,0009
Масу 1 мл рідини визначають діленням вираженою в грамах маси в повітрі, що заповнює пікнометр рідини при 20 С, на обсяг пікнометра, виражений в мілілітрах. Обсяг пікнометра встановлюють аналогічно описаному вище, виходячи з того, що 1 л води при 20 С має масу 997,18 м
Визначення щільності рідини ареометром
Щільність рідини може бути наближено (з точністю до 0,01) визначена за допомогою ареометра. Цей метод знаходить широке практичне застосування при визначенні відносної щільності сірчаної, азотної і соляної кислот, етилового спирту та ін. Перевагами цього методу є швидкість визначення і можливість використання для аналізу в'язких рідин. До недоліків методу, крім невисокої точності, слід віднести необхідність використання щодо великої кількості аналізованої рідини.
Ареометр (рис. 5) являє собою скляний тонкостінний циліндричний посудину, розширюється внизу і має на кінці скляний резервуар, заповнений дробом, рідше ртуттю. У верхній частині ареометра є шкала з розподілами, відповідними відносної щільності рідини, і зазначенням температури, при якій слід проводити визначення. Є ареометри для рідин легше і важче води, для сірчаної кислоти, їдких лугів, а також ряд спеціальних ареометрів для вимірювання щільності спирту ( спиртометр ), Молока (лактометр) і ін. Для підвищення точності вимірювання промисловість випускає набори ареометрів, шкали яких охоплюють певний діапазон щільності.
Мал. 5. Ареометр.
Як правило, градуювання ареометрів виробляють при 20 С і відносять до щільності води при 4 С, тому смужка дають величину d. Якщо відповідно до вказівок стандарту температура аналізованої рідини відрізняється від температури, яка вказана на шкалі ареометра, то слід внести поправку на різницю температур.
Випробувану рідина поміщають в циліндр місткістю не менше 0,5 л і при температурі рідини 20 ° С обережно опускають в неї чистий сухий ареометр. Занурювати ареометр в рідину слід обережно, не випускаючи його з рук до тих пір, поки не стане очевидним, що він плаває. При цьому ареометр повинен знаходитися в центрі циліндра і ні в якому разі не торкатися стінок і дна посудини. Відлік проводять по розподілам шкали ареометра через 3-4 хв після занурення по нижньому меніску рідини. У разі визначення щільності Темна рідин відлік виробляють по верхньому меніску. Після визначення ареометр миють, витирають і прибирають в спеціальний футляр.
