13.10. Определение плотности

Определение плотности малых количеств твердых и жидких веществ проводят преимущественно двумя методами: методом смещения мениска в капилляре и флотационным методом. Обычный пикнометрический метод определения плотности не может быть применен из-за больших ошибок, связанных с влиянием поверхностного натяжения при измерении объемов небольших (5-10 мг) масс вещества.

Метод смещения мениска в капилляре для определения плотности твердого вещества применяют в тех случаях, когда по тем или иным причинам нельзя использовать флотационный метод.

Перед началом измерения вытягивают серию узких тонко­стенных капилляров (см. разд. 1.1), внутренний диаметр кото­рых чуть больше размера крупинки исследуемого вещества. По­лученные капилляры проверяют под микроскопом, снабженным окулярным микрометром, на цилиндричность. Отбирают капил­ляры с круглым сечением и измеряют их диаметр на расстоянии 5 - 10 мм от заплавленного конца. В этом интервале диаметр должен быть одинаков. На отобранном капилляре на расстоя­нии 2 - 3 мм от заплавленного конца наносят с помощью алма­за царапину 4 (рис. 323,д). Крупинку исследуемого вещества взвешивают на весах Сальвиони (см. рис. 73,в), Фольмера (см. рис. 73,г) или Цейтена (см. рис. 73,д). Затем в капилляр наби­рают жидкость, не растворяющую образец и не взаимодей­ствующую с ним, в количестве, достаточном для образования в капилляре столбика высотой 3-4 мм. С помощью центрифуги опускают столбик жидкости к заплавленному концу 1 капилля­ра. После центрифугирования мениск жидкости 5 должен быть расположен вблизи метки 4. Измеряют расстояние мениска от метки окулярным микрометром микроскопа. Взвешенную кру­пинку 2 вносят в капилляр и центрифугированием опускают ее к заплавленному концу. Вновь измеряют расстояние между ме­ниском и меткой. Зная диаметр капилляра, а следовательно, и его сечение, а также смещение мениска, вычисляют объем кру­пинки вещества. По ее массе и объему находят плотность ве­щества.

Погрешность определения смещения мениска составляет не более 5%, а погрешность определения плотности вещества этим методом может достигать 10% из-за отклонения сечения капил­ляра от правильного круга.

Флотационный метод определения плотности состоит из сле­дующих операций. Пробирку длиной 50 мм и диаметром 8 мм наполняют на 1/3 объема жидкостью, плотность которой намно­го больше или меньше плотности исследуемого вещества и с ним не взаимодействует, а также практически не растворяет вещество (проверяют опытным путем). В табл. 44 приведен пе­речень наиболее часто используемых флотационных жидкостей. Затем в пробирку опускают несколько частиц грубого по­рошка или каплю исследуемой жидкости. В зависимости от то­го, всплывет частица или потонет, добавляют небольшими пор­циями соответственно более тяжелую или более легкую флота­ционные жидкости, каждый раз тщательно перемешивая смесь вручную небольшой стеклянной мешалкой (см. рис. 308,а). Ме шалку погружают до дна пробирки и вращают большим и указа­тельным пальцами.

Таблица 44. Флотационные жидкости

Жидкость	Плотность, г/см3. 20 °С	Температура кипе­ния, 0С	Жидкость	Плотность, г/см3, 20 °С	Температура кипе­ния. 0С
Тетрабромметан СВг4	3,42	189.5(с разл.)	Нитробензол С6Н5М02	1,2082	210,8
Метиле ниодид СН212	3,325	181 (с разл.)	Хлорбензол С6Н5С1	1,1063	131,6
Тетрабромэтан С2Н2ВГ4	2.964	151 (54 торр)	Дибутилфталат С6Н4(СООС4Н9)2	1.045	340 (с разл.)
Бромоформ СНBr3	2,8919	149,6	о- Ксилол С6Н4(СНз)2	0,8802	144,4
Иодбензол С6Н51	1,824	188,6	Бензол С6Н6	0,879	80,1
Бромбензол С6Н5Вг	1,4951	156,1	Толуол С6Н5СН3	0,8669	110,6
1 -Хлорнафталин C6Н7С1 .	1,1938	259,3

Если плотность жидкой флотационной сме­си оказывается точно равной плотности частицы, то она будет находиться во флотационном равновесии - не всплывать и не тонуть. Такое равновесие считается достигнутым, когда отдель­ные частицы тонут, но большее их число медленно всплывает. В процессе измерения плотности температура флотационной жид­кости не должна изменяться. Поэтому пробирку помещают в химический стакан с термометром, а находящаяся в нем вода должна непрерывно циркулировать через термостат. Пробирка же между перемешиваниями должна быть закрыта пришлифо­ванной пробкой.

После установления флотационного равновесия отбирают часть флотационной жидкости и пикнометрическим или гидро­статическим методами (см. разд. 4.6) определяют ее плотность, которая и будет плотностью исследуемого вещества.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Черонис Н. Микро- и полумикрометоды органической химии. М.: Издатинлит, 1960.

Лабораторная техника органической химии/Под ред. Б. Кейла. М.: Мир, 1966.

Луке Г. Экспериментальные методы в неорганической химии. М.: Мир, 1965.

Берлин А.Я. Техника лабораторных работ в органической химии. М.: Химия, 1973.