Determinarea densității corpurilor solide și lichidelor cu ajutorul balanței mohr-westphal

NOȚIUNI ÎNRUDITE

Legătura de hidrogen, anomalia H2O, dilatarea volumică, topirea, evaporarea, balanța Mohr.

SCOPUL LUCRĂRII

În cadrul acestei lucrări se determină densitatea apei și a glicerinei în funcție de temperatură, utilizând balanța Mohr-Westphal.

CONSIDERAȚII TEORETICE

Forțele de atracție dintre moleculele unui lichid scad rapid cu creșterea distanței dintre acestea. Există, astfel, doar regiuni izolate cu structură cristalină (“short range order”).

În apă, fiecare atom de oxigen este înconjurat de patru atomi de hidrogen dispuși tetraedral (Fig. 2 a, b).

(a) (b)

Figura 2. Structura cristalină a gheții.

Cei doi atomi de hidrogen sunt legați prin forțe de natură colalentă, fiind astfel mai apropiați de atomul de oxigen (lungimea legăturii fiind de 10 nm) decât atomii de hidrogen care participă la legătura de hidrogen (lungimea legăturii fiind de 17 nm).

Structura moleculelor de apă in gheață nu este una densa. La trecerea în starea lichidă o parte din legăturile de hidrogen se rup, iar moleculele se apropie, ceea ce explica faptul că, densitatea apei crește inițial la creșterea temperaturii. Moleculele cu structuri liniare și ciclice există și în starea lichidă.

Glicerina este una dintre substanțele cu structură asemănătoare sticlei: nu are un puct de topire bine determinar, micșorându-si densitatea la încălzire.

Densitatea lichidelor scade în general pe măsură creste temperatura, atâta timp cat nu au loc alte efecte, ca în cazul apei.

Coeficientul de dilatare α poate fi calculat din relația de legătură dintre densitate și temperatură, piarderile datorate evaporării fiind neglijate (punctele de fierbere la presiune normală sunt: pentru apă 100 °C, iar pentru glicerină 290,5 °C).

În cazul glicerinei, α este practic independent de temperatură în intervalul masurat.

α = 0,49- 10-3/K-1

Valoarea obținută pentru apă la temperatura de 20 °C este:

α = 0,19- 10-3/K-1.

În figurile 1 și 2 este reprezentată grafic densitatea apei, respectiv a glicerinei în funcție de temperatură.

Figura 1. Densitatea apei în funcție de temperatură.

Figura 2. Densitatea glicerinei în funcție de temperatură.

DESCRIEREA DISPOZITIVULUI EXPERIMENTAL

Dispozitivul experimental (Figura 3) este alcătuit din:

- balanța Mohr-Westphal;

- termostatul de imersie cu accesoriile adiționale;

- baia de apă;

- aoă distilată (5 litri);

- glicerină (250 ml);

- clorură de sodiu (500 g).