Практическая работа № 2

Тема: «Измерение объема твердых и жидких тел»

Цель: ознакомиться с методами и овладеть приемами определения объема твердых и жидких тел.

Материалы и оборудование: измерительная линейка, штангенциркуль, мензурки, мерные цилиндры и стаканы, пипетки Мора, градуированные пипетки, бюретки, мерные колбы, образцы непродовольственных и продовольственных товаров, учебная и нормативно-техническая литература.

Ход работы

1. Изучить способы определения объема твердых тел правильной и неправильной геометрической формы.

Объем образцов правильной геометрической формы можно определить путем измерения линейных размеров мерной линейкой или штангенциркулем. Если образец имеет форму куба или параллелепипеда, измеряют его грани. За размер грани принимают среднее арифметическое из трех измерений. Если образец имеет сферическую форму, то измеряют его диаметр, если цилиндра – диаметр и высоту. Объем рассчитывают по соответствующей формуле.

Если образец не имеет правильной геометрической формы, то его объем определяют путем гидростатического взвешивания на специальных весах (рис. 3.1). В том случае, если образец не имеет пор, его сначала взвешивают на воздухе, а затем в воде. Объем образца вычисляют по формуле:

V ∙ d _{H O} = ∆m = m – m₁, (3.1)

²

где V – объем образца, см³;

d _{H O} - удельная плотность воды, равная 1 г/ см³;

²

∆m – потеря в весе образца, г;

m – масса образца в воздухе, г;

m₁ – масса образца в воде, г.

Если образец имеет поры, то при погружении его в воду часть воды будет впитываться образцом. Для устранения этого высушенный и взвешенный образец либо насыщают водой кипячением в течение 1 ч. с последующим охлаждением в воде, либо покрывают водонепроницаемой пленкой – парафином. Образец с нанесенной парафиновой пленкой взвешивают сначала на воздухе, а затем в воде. Объем образца определяют по формуле:

V = V₀ – V_n, (3.2)

где V – объем образца, см³;

V₀ – объем образца с парафиновой пленкой, см³;

V_n – объем парафиновой оболочки, см³.

_{Vn =} m₂ – m, (3.3)

0,93

где m₂ – масса образца с парафиновой пленкой на воздухе, г;

0,93 – плотность парафина г/ см³ .

V₀ определяют, вычитая из массы образца с пленкой на воздухе m₂ массу образца с пленкой в воде m₃.

2. Изучить способы измерения объема жидкостей, ознакомиться с мерной посудой и правилами ее использования.

Для точного измерения объемов жидкостей применяют мерную посуду: мерные цилиндры, стаканы, мензурки, колбы, пипетки, бюретки.

Мерные цилиндры (рис. 3.2) – стеклянные толстостенные сосуды с нанесенными на наружной стенке делениями, указывающими объем в миллилитрах (мл). Они бывают разной емкости: от 5-10 мл до 1 л и больше. Чтобы отмерить необходимый объем жидкости, ее наливают в мерный цилиндр до тех пор, пока нижний мениск не достигнет уровня соответствующего деления.

Кроме цилиндров для этой же цели применяют мензурки и мерные стаканы (рис. 3.3). Мензурки – сосуды конической формы, на стенках которых имеются деления.

Мензурки и мерные цилиндры применяют в тех случаях, когда не требуется большая точность.

Для точного отмеривания определенного объема жидкости служат пипетки и бюретки. Обычные пипетки (пипетки Мора) представляют собой стеклянные трубки небольшого диаметра с расширением посередине (рис. 3.4а). Нижний конец пипетки оттянут и имеет диаметр около 1 мм, в верхней части имеется метка, до которой набирают жидкость. Пипетки Мора бывают емкостью от 1 до 100 мл. На расширенной части пипетки указан ее объем.

Градуированные пипетки бывают также различной емкости, на их наружной стенке нанесены деления в 0,1 мл (рис. 3.4б). Градуированной пипеткой можно отбирать не только определенный объем жидкости, но любой в пределах ее емкости.

Подготовку пипетки к работе осуществляют следующим образом. Пипетку моют много раз водопроводной водой и, если пипетка жирная, ее промывают какой-либо жидкостью для обезжиривания (например, хромовой смесью). Затем много раз промывают водопроводной водой и ополаскивают 2-3 раза небольшими порциями дистиллированной воды, а затем 2-3 раза тем раствором, которым ее далее будут заполнять. Заполнение пипетки производят следующим образом: пипетку опускают глубоко в раствор, держа большим и средним пальцем верхнюю часть пипетки. Затем ртом, лучше маленькой грушей, всасывают раствор в пипетку таким образом, чтобы уровень жидкости лежал примерно на 1-2 см выше метки (необходимо при заполнении пипетки держать и сосуд с раствором и пипетку не наклонно, а вертикально) (рис. 3.5а). Потом закрывают верхнее отверстие концом указательного пальца, поднимают пипетку таким образом, чтобы черта находилась на уровне глаза (рис. 3.5б) и, слегка приподняв палец, устанавливают уровень раствора в пипетке на черте по нижнему мениску. Затем пипетку переносят и опускают в заранее подготовленный сосуд, поднимают палец и дают стечь жидкости по стенке сосуда (рис. 3.5в). После того, как вся жидкость вытечет из пипетки, нижним кончиком ее касаются внутренней части сосуда и отсчитывают 10 секунд. После этого вынимают пипетку из сосуда, не обращая внимания на оставшиеся капли.

Ни встряхивать пипетку, ни выдувать оставшиеся капли ни в коем случае нельзя, так как именно описанный способ вытекания применялся при калибровании пипетки.

При соблюдении этих условий в каждом случае будет оставаться одно и то же очень не значительное количество жидкости в пипетке и это не скажется на точности измерения.

Для отбора растворов токсичных веществ следует пользоваться пипетками с грушей, либо специальными приспособлениями.

Для отмеривания малых объемов жидкостей применяют микропипетки емкостью 1, 2, 3, и 5 мл с ценой деления 0,01 мл, что позволяет делать отсчет с точностью 0,002 – 0,005 мл.

Для точного измерения объемов применяют также бюретки, применяемые обычно при титровании.

Бюретка – стеклянная цилиндрическая трубка с оттянутым нижним концом или краном, на наружной стенке которой по всей длине нанесены деления в 0,1 мл, так что отсчеты можно вести до 0,02 мл. Нулевое деление находится в верхней части бюретки. Употребляются бюретки разных объемов (10, 25, 50 мл).

Бюретки бывают двух типов: с притертым краном и бескрановые с оттянутым концом, к которому посредством резинового шланга присоединена оттянутая в капилляр стеклянная трубка, резиновый шланг зажимают зажимом Мора или в него вставляют стеклянную бусину (рис. 3.5). Бюретки укрепляют на лабораторных штативах в лапках.

Подготовленную к работе бюретку, т. е. промытую обезжиривающею жидкостью, водопроводной и дистиллированной водой и рабочим раствором, заполняют жидкостью через воронку, вставленную через верхний конец. Жидкость наливают выше нулевого деления, затем, открыв зажим или оттягивая резиновую трубку в том месте, где лежит стеклянный шарик, заполняют оттянутый кончик бюретки жидкостью. Пузырьков воздуха в этом кончике быть не должно, так как в противном случае отсчеты по бюретке не будут правильными.

Заполнив кончик бюретки, воронку вынимают и устанавливают уровень раствора на нуле по нижнему мениску. Глаз при этом должен находиться на уровне нижнего края мениска. При легком нажиме на резиновую трубку или открытии крана, жидкость вытекает из бюретки.

Для точного отмеривания малых объемов применяют микробюретки, имеющие градуировку по 0,01 мл и точность измерения до 0,005 мл.

Мерные колбы служат для разбавления растворов до определенного объема или для растворения веществ в определенном объеме соответствующего растворителя. Мерные колбы представляют собой сосуд с длинным узким горлом с нанесенной на нем меткой, до которой не следует доводить объем жидкости в колбе. Колбы мерные бывают разных объемов (50, 100, 200, 250, 500, 1000 мл и т. д.), на колбе указан объем и температура, при которой колба градуирована (рис. 3.6).

Заполнение мерной колбы до метки производят сначала через вставленную через нее воронку. Под конец, когда остается до черты 1-0,5 см, следует прибавлять воду из капельной пипетки. Жидкость приливают по каплям до тех пор, пока нижний край мениска не станет касательным к черте на горле колбы.

3. Определить объем твердого плотного тела неправильной формы с помощью мерного цилиндра. Для этого мерный цилиндр примерно наполовину заполнить водой и сделать отсчет начального уровня жидкости (x₁). Опустить в цилиндр образец и отметить уровень, до которого поднялась жидкость (x₂). Объем тела равен разности конечного (x₂) и начального объемов жидкости в цилиндре:

V = x₂ - x₁.

4. Используя измерительную линейку, определить объем потребительской упаковки непродовольственного товара. Результаты определения представить в виде таблицы 3.1.

Таблица 3.1

Результаты определения объема потребительской упаковки

№ п/п	Наименование товара	Размеры, см			Объем, см
		а	b	h
1.
2.
3.

5. При помощи штангенциркуля измерить диаметр плотного тела сферической формы и рассчитать его объем.

6. Определить полноту налива безалкогольных напитков. Согласно ГОСТ 28188-91 «Безалкогольные напитки. Общие технические условия» полноту налива (объем продукции) определяют с помощью мерного цилиндра по верхнему краю мениска при t˚ = 20 ± 2˚С. Для газированных напитков среднее наполнение 10 бутылок (упаковок) при t˚ = 20˚С должно соответствовать номинальной вместимости с отклонениями ± 3%. Для негазированных напитков допустимые отклонения при вместимости 0,2 – 3,0 дм³ ± 2%.

Для определения полноты содержимое каждой упаковки единицы аккуратно перелить в мерный цилиндр и замерить уровень по верхнему краю мениска (с точностью до 1 мл).

Если напиток газированный, предварительно дать газу удалиться. Найти среднее для 10 упаковочных единиц отклонение и сравнить его с допустимым по стандарту. Сделать вывод, соответствует ли требованием НТД полнота налива исследуемого напитка. Результаты определения представить в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Результаты изучения полноты налива безалкогольных напитков

№ п/п	Объем, дм3		Отклонение		Вывод
	номинальный	определяемый	дм3	%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Средн.

7. Сделать выводы.