13.10. Определение плотности
Определение плотности малых количеств твердых и жидких веществ проводят преимущественно двумя методами: методом смещения мениска в капилляре и флотационным методом. Обычный пикнометрический метод определения плотности не может быть применен из-за больших ошибок, связанных с влиянием поверхностного натяжения при измерении объемов небольших (5-10 мг) масс вещества.
Метод смещения мениска в капилляре для определения плотности твердого вещества применяют в тех случаях, когда по тем или иным причинам нельзя использовать флотационный метод.
Перед началом измерения вытягивают серию узких тонкостенных капилляров , внутренний диаметр которых чуть больше размера крупинки исследуемого вещества. Полученные капилляры проверяют под микроскопом, снабженным окулярным микрометром, на цилиндричность. Отбирают капилляры с круглым сечением и измеряют их диаметр на расстоянии 5-10 мм от заплавленного конца. В этом интервале диаметр должен быть одинаков. На отобранном капилляре на расстоянии 2-3 мм от заплавленного конца наносят с помощью алмаза царапину 4 (рис. 323,5). Крупинку исследуемого вещества взвешивают на весах Сальвиони (см. рис. 73,в), Фольмера (см. рис. 73,г) или Цейтена (см. рис. 73,5). Затем в капилляр набирают жидкость, не растворяющую образец и не взаимодействующую С ним, в количестве, достаточном для образования в капилляре столбика высотой 3-4 мм. С помощью центрифуги опускают столбик жидкости к заплавленному концу 1 капилляра. После центрифугирования мениск жидкости 5 должен быть расположен вблизи метки 4. Измеряют расстояние мениска от ме тки окулярным микрометром микроскопа. Взвешенную крупинку 2 вносят в капилляр и центрифугированием опускают ее к заплавленному концу. Вновь измеряют расстояние между мениском и меткой. Зная диаметр капилляра, а следовательно, и его сечение, а также смещение мениска, вычисляют объем крупинки вещества. По ее массе и объему находят плотность вещества.
Погрешность определения смещения мениска составляет не более 5%, а погрешность определения плотности вещества этим методом может достигать 10% из-за отклонения сечения капилляра от правильного круга.
Флотационный метод определения плотности состоит из следующих операций. Пробирку длиной 50 мм и диаметром 8 мм наполняют на 1/3 объема жидкостью, плотность которой намного больше или меньше плотности исследуемого вещества и с ним не взаимодействует, а также практически не растворяет вещество (проверяют опытным путем). В табл. 44 приведен перечень наиболее часто используемых флотационных жидкостей.
Затем в пробирку опускают несколько частиц грубого порошка или каплю исследуемой жидкости. В зависимости от того, всплывет частица или потонет, добавляют небольшими порциями соответственно более тяжелую или более легкую флотационные жидкости, каждый раз тщательно перемешивая смесь вручную небольшой стеклянной мешалкой (см. рис. 308,а).
Meшалку погружают до дна пробирки и вращают большим и указательным пальцами. Если плотность жидкой флотационной смеси оказывается точно равной плотности частицы, то она будет находиться во флотационном равновесии - не всплывать и не тонуть. Такое равновесие считается достигнутым, когда отдельные частицы тонут, но большее их число медленно всплывает. В процессе измерения плотности температура флотационной жидкости не должна изменяться. Поэтому пробирку помещают в химический стакан с термометром, а находящаяся в нем вода должна непрерывно циркулировать через термостат. Пробирка же между перемешиваниями должна быть закрыта пришлифованной пробкой.
После установления флотационного равновесия отбирают часть флотационной жидкости и пикнометрическим или гидростатическим методами определяют ее плотность, которая и будет плотностью исследуемого вещества.
