Aparate complexe pentru determinarea densității concentrației și vâscozității soluțiilor

Precizia determinării densităţii soluţiilor precum şi a determinării concentraţiei soluţiilor bicomponent , prin corelarea acesteia cu densitatea lor, se schimbă radical în cazul în care determinarea densităţii este efectuată prin metoda cîntăririi hidrostatice pe principiul măsurării forţei Arhimede ca o forţă descendentă ce acţionează pe platanul unui cîntarul electronic de precizie. În acest caz rezoluţia de citire , sensibilitatea metodei şi inclusiv precizia sînt mai bune chiar decît în cazul determinării concentraţiei lichidelor bicomponent pe baza indicelui de refracţie. Faptul că la ora actuală metoda refractometrică este încă mai extinsă la determinarea concentraţiei lichidelor bicomponente decît metoda corelării concentraţiei cu densitatea se datorează numai faptului că măsurarea indicelui de refracţie s-a bazat de la început pe o măsurare instrumentală, rapidă , ce se poate automatiza avansat , pe cînd măsurarea densităţii prin metode clasice presupunea operaţii manuale laborioase şi de durată iar măsurătorile prezentau precizie şi sensibilitate scăzută.

Aparatul complex descris în continuare permite determinarea densităţii, concentraţiei, vîscozităţii dinamice şi a văscozităţii cinematice. Determinarea densităţii, se bazează pe principiul hidrostatic avînd la bază măsurarea cu mare precizie, cu ajutorul unui sistem electronic dinamometric de cîntărire, a forţei ascensionale manifestată la scufundarea unui corp cilindric cav de volum Vcorp în soluţia de analizat. Impiedecării manifestării forţei ascensionale a corpului cilindric cav, prin sprijinirea rigidă a acestuia, duce la o creştere de masă mx pentru lichidul de densitate necunoscută . Forţa ascensională Arhimede Fax care duce la creşterea de masă pentru lichidul de densitate necunoscută are expresia:

(1)

unde: g - acceleraţia gravitaţională

dacă operaţia se repetă identic pentru un fluid de densitate cunoscută, de exemplu apă. Forţa ascensională Arhimede Fac care duce la creşterea de masă are în acest caz expresia :

(2)

unde : m - reprezintă creşterea de masă pentru lichidul de densitate cunoscută

expresiile : (3)

dau valoarea densităţii relative d cu ajutorul căreia se calculează densitatea lichidului necunoscut ( ) ca fiind:

(4)

Din relaţiile (3) şi (4) se observă că determinarea valorii densităţii unui lichid se rezumă la efectuarea a două cîntăriri de precizie.

La baza determinării vîscozităţii dinamice cu acest aparat stă legea Hagen-Poiseuille care stabileşte volumul de lichid scurs în unitatea de timp printr-o capilară cu rază r şi lungimea l In cazul curgeri laminare a unei soluţii omogene vîscoase :

(5)

de unde rezultă expresia vîscozitatăţii dinamice ca fiind:

(6)

unde : - reprezintă gradientul de presiune care asigură curgerea a lichidului prin capilară

t- timpul de scurgere (de umplere) a lichidului prin capilară

V - volumul de lichid ce trece prin capilară

r- raza capilarei

l- lungimea capilarei

Din relaţia (6) se observă că determinarea vîscozităţii dinamice se rezumă la măsurarea timpului necesar ca un volum de lichid să traverseze sub un gradient de presiune o capilară de un anumit diametru şi lungime prin înmulţirea timpului de scurgere, exprimat în secunde, cu o constantă ce conţine elementele dimensionale ale capilarei.

Avînd la dispoziţia valoarea densităţii a lichidului şi a valorii vîscozităţii dinamice , determinate în prealabil prin metoda descrisă, este posibilă determinarea şi a vîscozităţii cinematice ca fiind:

(7)

Unităţile de măsură SI pentru vîscozitatea ninamică şi pentru vîscozitatea cinematică sînt:

; (8)

respectiv :

(9)

Aparat complex pentru determinarea densităţii concentraţiei şi vîscozităţii soluţiilor în condiţii de laborator.