Работа № 2.2. Определение молярного объема вещества в твердом состоянии

Цель работы: определение плотности образцов неправильной формы пикнометрическим методом и расчет молярного объема исследуемого вещества.

Молярный объем вещества B (V_n) может быть рассчитан как отношение молярной массы вещества (М_В) к его плотности ():

. (1.1)

Плотность однородного вещества B есть отношение массы вещества B (m_В) к его объему (V_В):

(1.2)

Единицы измерения плотности: кг/м³ или г/см³.

Плотность вещества зависит от температуры, следовательно, и молярный объем вещества также является функцией от температуры. При постоянной температуре величины V_n и остаются постоянными.

Масса относится к числу немногих физических величин, значения которых могут быть определены непосредственными измерениями с помощью взвешивания на весах. Напротив, объем тела определяется обычно путем косвенных измерений. В случае образцов правильной геометрической формы (цилиндры, параллелепипеды) объем находим из измерения линейных размеров, которые, можно определить непосредственно с помощью линеек. При определении плотности вещества образцов сложной формы вычислить объем образца через линейные размеры невозможно.

В этом случае для определения плотности вещества в твердом состоянии используют пикнометрический метод.

Пикнометрический метод измерения плотности состоит в следующем. Пикнометр заполняют дистиллированной водой строго до метки и взвешивают. Масса пикнометра с водой будет равна

, (1.3)

где – плотность воды при температуре опыта, и– объем и масса сосуда. Затем взвешивают исследуемый образец. Очевидно, что его массаравна

, (1.4)

где – искомая плотность образца и– объем образцов.

Затем взвешенный образец погружают в пикнометр с водой. Излишек воды удаляют, чтобы ее уровень снова совпал с меткой на горлышке пикнометра, и определяют массу пикнометра с водой и образцом .

Так как объем вытесненной воды равен объему образца, погруженного в пикнометр, масса вытесненной воды будет равна . Тогдаможно выразить следующим образом:

. (2.5)

Определив из уравнения (2.5) объем , получим выражение для плотности исследуемого вещества:

. (2.6)

Эта формула (2.6) и используется в работе для вычисления плотности. Однако следует помнить, что она получена при условии точного равенства заполнения пикнометра до и после помещения в него образцов. Для этого объем образцов выбирается так, чтобы/≈ 1/3. Несовпадение объема заполнения пикнометра до и после погружения образцов в этом случае может привести к ошибке, составляющей всего лишь (0,1 – 0,2) % от истинного значения плотности.

Экспериментальная часть

Необходимое оборудование: электронные весы, часовое стекло либо листок кальки, пикнометр объемом 50 – 100 мл, термометр.

Необходимые реактивы: дистиллированная вода, образцы из исследуемого вещества.

Методика выполнения работы

Массу исследуемого вещества () определяют взвешиванием образцов на весах, руководствуясь правилами взвешивания. Объем образцов должен составлять примерно треть объема пикнометра

Пикнометр заполняют дистиллированной водой через воронку на 0,5 – 1 см ниже метки, после чего доводят точно до метки, добавляя воду при помощи капельной пипетки, и взвешивают пикнометр с водой ().

Затем образцы помещают в пикнометр. Отбирают излишек воды (шприцем или фильтровальной бумагой), при этом ее уровень должен совпадать с меткой на горлышке пикнометра. Следует также обратить внимание на то, чтобы на образцах не оставались пузырьки воздуха. Определяют массу пикнометра с остатками воды и образцами ().

Все измерения повторяют еще дважды.

Результаты измерений записывают в таблицу 2.2. Затем рассчитывают плотность исследуемого вещества по формуле (2.6). Среднее значение плотности сравнивают со справочной величиной и оценивают относительную погрешность. Далее вычисляют молярный объем вещества по формуле (2.1). Все расчетные величины, а также температура опыта (температура помещения) и молярная масса исследуемого вещества вносятся в таблицу.

Таблица 2.2

№	mВ, г	m1, г	m2, г	ρВ, кг/м3	ρВ, ср. кг/м3	ρВ, спр., кг/м3	δ, %	Т, ºС	МВ, г/моль	Vn, м3/моль
1
2
3

В отчете должны быть даны определения используемым химическим понятиям, краткое обоснование методики измерений, их результаты, расчет плотности и молярного объема вещества, выводы.

11