DETERMINAREA EXPERIMENTALA A DENSITATII STICLEI

DETERMINAREA EXPERIMENTALA A DENSITATII STICLEI

Definitie. Densitatea reprezinta masa unitatii de volum:

                                 (1)

in care m este masa probei masurata in aer la balanta si V este volumul ei, masurat la o anumita temperatura (0° C sau 20° C).

Unitatea de masura in sistemul SI este kg/m³. Destul de des se mai utilizeaza si g/cm³, iar pentru scopuri industriale t/m³.

Determinarea experimentala a densitatii sticlei se poate face in mod curent prin mai multe metode:

- metoda cantaririi hidrostatice,

- metoda picnometrica,

- metoda Preston.

Determinarea experimentala a densitatii prin metoda cantaririi hidrostatice

Principiul metodei. Cand proba din sticla (sau din alt material solid) are forma unui corp geometric regulat, atunci dimensiunile lui (respectiv volumul) pot fi determinate usor si precis cu dispozitivele de masura curente, iar masa lui se masoara cu precizie la balanta analitica. Majoritatea probelor nu au insa o forma regulata. De aceea prin masurarea directa a dimensiunilor probei determinarea volumului ei nu se poate face cu precizie. Pentru determinarea lui experimentala, respectiv a densitatii sticlei, se poate folosi principiul lui Arhimede care spune ca un corp scufundat intr-un lichid este impins de jos in sus, in sens antigravitational, pe directia liniilor de forta ale campului gravitational (adica pe directie verticala), cu o forta egala cu greutatea lichidului dislocuit de acel corp:

G = m∙g = V_proba∙d_lichid∙g      (2)

in care m este masa lichidului dislocuit de corpul scufundat in el, V_proba este volumul corpului (al probei de sticla) scufundat in lichid, egal cu volumul lichidului dislocuit, d_lichid este densitatea lichidului si g este acceleratia gravitationala.

Masa lichidului dislocuit - m - (respectiv G), se poate determina prin cantarirea corpului (probei de sticla) in aer (direct la balanta analitica) si in lichid:

G = m∙g = G_aer – G_lichid = (m_aer – m_lichid)∙g             (3)

in care G_aer, G_lichid reprezinta greutatea probei cantarite in aer, respectiv in lichid, iar m_aer, m_lichid reprezinta masa probei in aer si in lichid. Valorile m_lichid si G_lichid reprezinta masa aparenta, respectiv greutatea aparenta ale probei de sticla masurate dupa ce ea a fost scufundata in lichid, asupra ei actionand in sens antigravitational forta hidrostatica ce diminueaza masa, respectiv greutatea reale ale probei de sticla.

Din relatia (2), tinand cont si de relatia (3), se poate obtine valoarea volumului probei de sticla:

  (4)

care poate fi introdusa in relatia (1), obtinandu-se valoarea densitatii:

         (5)

Aceasta este relatia de lucru. Rezulta ca pentru determinarea densitatii unui corp solid este necesar sa se masoare masa acelui corp in aer (adica in mod obisnuit la balanta analitica) si introdus complet intr-un lichid a carui densitate este cunoscuta.

Relatia (5) poate fi folosita si pentru determinarea densitatii lichidului la o temperatura anumita, daca se cunoaste densitatea corpului solid la acea temperatura. Se foloseste astfel pentru determinarea densitatii sticlei topite, cunoscandu-se densitatea unui corp de platina sau aliaj de platina la temperatura de lucru, introdus in topitura.

Ca lichid de masurare a densitatii se foloseste cei mai adesea apa distilata, a carei dependenta a densitatii de temperatura este prezentata in tabelul 1.

Tabelul 1. Dependenta densitatii apei de temperatura

Daca sticla nu este stabila chimic la apa, atunci in locul apei trebuie folosit un alt lichid cu care sticla nu reactioneaza chimic sau in care nu se dizolva, avand densitatea cunoscuta (benzen, toluen etc.).

Modul de lucru

a) Materiale necesare

-5-6 probe din sticla de geam, bagheta sau tub de sticla, care sa aiba pe cat posibil o forma geometrica simpla (paralelipipedica, cilindrica) si sa nu contina nici un fel de incluziuni (bule de gaze, cristale, materii prime netopite) si sa nu fie fisurate. Pentru precizie experimentala mai buna ele trebuie sa aiba cel putin 10 - 15 g.

- doua pahare din sticla sau polietilena pentru spalarea probelor;

- un pahar Berzei ins de 300 - 400 ml si suportul metalic pe care se aseaza paharul in balanta analitica;

- platanul pe care se pune proba de sticla si cadrul metalic de care se atarna el;

- penseta metalica pentru apucarea probelor de sticla,

- hartie de filtru.

b)Pregatirea probelor. Probele de sticla pot sa aiba orice forma geometrica si trebuie sa nu contina nici un fel de incluziuni (bule de gaze, cristale, materii prime netopite) si sa nu fie fisurate. Pentru precizie experimentala mai buna ele trebuie sa aiba cel putin 10 – 15 g. Pentru a elimina influenta istoriei termice si a obtine o valoare care sa caracterizeze doar influenta compozitiei, inainte de determinarea densitatii, probele de sticla trebuie sa fie recoapte.

Probele de sticla sunt spalate cu solutie de detergent sau amestec oxidant si degresate (cu alcool, acetona etc.),dupa care sunt uscate pe o hartie de filtru.

c) Efectuarea determinarilor.

- Cantarirea in aer. Probele de sticla sunt cantarile in aer, in mod obisnuit, la balanta analitica, obtinandu-se m_aer. Pentru a avea o precizie mai buna se fac mai multe determinari la fiecare proba, cu care se face media.

- Cantarirea in apa. Pentru a se obtine m_lichid, cantarirea se face prin intermediul unui fir foarte subtire de sarma sau cu ajutorul unui mic platan, atarnat de bratul balantei, pe care se aseaza cate o proba si se introduce in apa astfel ca apa sa acopere complet proba. Paharul cu lichid va fi asezat pe un suport deasupra platanului balantei.

Daca se foloseste o balanta electronica (figura l), pe platanul balantei 1 se aseaza cadrul metalic 2 si, pe deasupra lui, se pune suportul paharului 3 si apoi paharul Berzelius 4 cu lichid.

Datorita erorilor mai mari care apar la cantarirea in apa, din cauza influentei pe care o exercita tensiunea superficiala asupra firului de sarma la suprafata apei, trebuie facute cel putin 5-6 determinari ale masei in apa pentru fiecare proba de sticla cu care se face media. Totodata trebuie determinata in acelasi mod masa firului de sarma sau a platanului gol in apa, in aceleasi conditii ca in cazul cantaririi probei in apa (la acelasi nivel al apei in pahar), valoare care se scade, din fiecare determinare anterioara & probei plus fir sau platan in apa, pentru a se obtine doar masa probei in apa.

Figura l. Montajul pentru masurarea densitatii la balanta electronica

1 .Platanul balantei analitice 2. Cadru metalic de care se fixeaza proba de sticla 3. Suportul metalic al paharului 4. Pahar Berzelius 5. Proba de sticla 6. Platanul, atarnat de cadrul 2, pe care se pune proba de sticla

La sfarsitul determinarilor se va masura temperatura apei din paharul Berzelius pentru a determina densitatea apei.

d)Prelucrarea rezultatelor

Rezultatele cantaririlor in aer si in apa (media determinarilor pentru fiecare proba) se trec in tabelul 2.

Tabelul 2. Rezultatele determinarilor

Cu relatia 5 se calculeaza densitatea sticlei pentru probele masurate. Rezultatele sunt prelucrate statistic, conform primei lucrari si rezultatul final este exprimat sub forma:

d_st = d_st ± Dd_st                                                 (6)