Об’ємний аналіз. Відтворення вмісту вимірювального посуду.

Об’ємний аналіз заснований на точному вимірюванні об’ємів реагуючих між собою розчинів речовин. У міжнародній системі одиниць за одиницю об’єму прийнятий кубічний метр (м³).

Але рідкі і сипучі тіла в умовах тяготіння не можуть мати власну форму з просторовими розмірами, а приймають форму того посуду, де безпосередньо розміщені.

Тому для вимірювання об’ємів рідин користуються посудом певного вмісту, що називаються вимірювальним посудом.

Для одиниці місткості посуду використовується не одиниця довжини, а одиниця маси, що у свою чергу важливо те, що маса може бути виміряна точніше, ніж довжини.

У міжнародній системі одиниць місткість, вміст не передбачений. У метричній системі і в об’ємному аналізі за одиницю вмісту прийнятий літр. Літр – це об’єм, що займає маса чистої води, яка дорівнює кілограму при температурі її найбільшої густини (3,98⁰С~4⁰С) і при нормальному атмосферному тиску. Інакше кажучи, літром називають об’єм 1кг води, зважуваного на рівноплечих вагах у пустоті при температурі +3,98⁰С. Одну тисячну долю літра називають мілілітром.

Практично можна вважати, що 1л дорівнює кубічному дециметру (дм³).

Так як визначення вмісту вимірювального посуду в лабораторіях проводиться не в пустоті (вакуумі) і не при +3,98⁰С, а при звичайних лабораторних умовах, для відтворення вмісту вимірювального посуду, що відповідає 1л, необхідно зважувати не 1кг води. а завжди значно менше.

При визначенні вмісту посуду шляхом зважування у них води (гравіметричний метод) вводять три поправочні коефіцієнти:

перший – пов’язаний з температурним коефіцієнтом розширення води;

другий – пов’язаний з температурним коефіцієнтом розширення скла;

третій – пов’язаний з зважуванням у повітрі.

Поправка на температурний коефіцієнт розширення води.

Як відомо, всі тіла при нагріванні розширюються, відповідно, одна і та ж кількість рідини при різній температурі має різний об’єм. Тому маса води, що дорівнює 1кг, займає об’єм 1л тільки при +3,98⁰С.

Температура повітря у випробувальних лабораторіях, як правило, приблизно 20⁰С.

Відповідно для відтворення 1 л вимірювального посуду, при температурі не +3,98⁰С, завжди необхідно брати масу води меншу за 10000г на число грамів, що дорівнює:

(1),

де ρ – густина води при даній температурі.

Поправка на розширенння скла.

При підвищенні температури розширюється не тільки вода, але і скло, і ємкість посуди збільшується на:

(2),

де - ємкість колби; - різниця температур; 0,000026 – коефіцієнт об’ємного розширення скла.

Поправка на зважування у повітрі.

Згідно закону Архімеду, тіло, що занурене у яке-небудь середовище, губить у масі стільки, скільки важить об’єм середовища, що витісняється цим тілом. Тому значення маси тіла, що визначається зважуванням у повітрі, буде меншим за істинним. Така маса 1л води буде меншою за дійсну (1кг) на 1,21 г.

Латунні гирі, що врівноважують 1л води, займають об’єм у 9 разів менший, тому їх маса, яка визначається зважуванням у повітрі, буде менша за істинну тільки на .

При зважуванні з врахуванням впливу повітря 1кг води латунними гирями при звичайних умовах, допускають дуже велику помилку у визначенні маси. Ця помилка дорівнює: .

Зважування з врахуванням пливу повітря називається абсолютним зважуванням.

Очевидно, що чим менший об’єм зважуваних тіл і чим менше різниця між густинами зважуваного тіла і гирь тим меншою буде поправка впливу повітря. У гравіметричному методі, де зважують тіла дуже малого об’єму ця поправка не вводиться.

При вимірюваннях об’ємів слід пам’ятати загальне правило вимірювань: чим менша вимірювальна величина, тим більшою буде відносна похибка при тій самій абсолютній похибці.

Наприклад, при одній і тій ж абсолютній похибці в 1мл при вімірюванні об’єму 1000мл відносна похибка складає 0,1%, при вимірюванні 100мл – вона складає вже 1%, а при об’ємі 10 мл -10%. На каплю, об’ємом 0,05мл – 0,5%. Висновок малі об’єми не слід вимірювати великою вимірювальною посудою.

Приклад визначення сумарної поправки при відтворенні об’єму у 1л зважуванням

При 3,98⁰С маса 1л води складає 1000г, а при 20⁰С маса дорівнює 998,23г. Перша поправка, що пов’язана з підвищенням температури дорівнює 1000-998,23-1,73г.

Друга поправка, що пов’язана з зважуванням у повітрі латунними гирями дорівнює 1,08г. Тому для отримання об’єму, що дорівнює 1л при 20⁰С, необхідно зважити 1000-2,85=907,15г. При більш точному розрахунку з врахуванням розширення скла ця величина дорівнює 997,17г.