تعيين الكثافة المطلقة للسوائل أمر هام يشغل بال العلماء، ولذا تجد هناك العديد من الأبحاث التي تناقش مفهوم الكثافة وكيف يتم قياسها عن طريق جهاز قياس الكثافة أو عن طريق إجراء بعض التجارب وتكرارها للتأكد من صحة النتائج.
ما هي الكثافة المطلقة للسوائل
إذا أردنا تعريف كثافة السائل المطلقة سنقول إنها عبارة عن كتلة وحدة الحجم للمادة، فالكثافة لها دور كبير في التحكم بطبيعة المادة فعند زيادة الكثافة لمادة ما تصبح صلبة، وإذا كانت الكثافة للمادة متوسطة فتصبح سائلة، وعند انخفاض الكثافة فإن المادة تصبح غازية، والكثافة وحدة قياسها الدولية هي كجم لكل سم مكعب Kg/m3، ويمكن أن تقدر بوحدات قياسية أخرى.
يمكنك الاطلاع أيضًا على: الكشف عن أملاح النتريت والكبريتيد
العوامل التي تؤثر على كثافة السوائل
إن كثافة السوائل تتأثر بعوامل الضغط والحرارة، فالحرارة تجعل المادة تتمدد نتيجة فقد قوة التجاذب بين جزيئات المادة تاركًا مسافة بين تلك الجزيئات، أما الضغط يجعل جزيئات المادة تنكمش مما يزيد قوة التجاذب وينتج عنه زيادة في الكثافة.
فائدة تعيين الكثافة المطلقة للسوائل
إن لتعيين كثافة السوائل أو غيرها من المواد فوائد عديدة، يمكن ذكرها بالشكل التالي:-
- وسيلة مجدية في مراقبة الجودة.
- طريقة جيدة اثبت بها العلماء أن تغير المادة الخام هو السبب في تغير الكثافة.
- طريقة يتم من خلالها معرفة درجة نقاء المادة الخام، وبالتالي تلغي احتمالات حدوث أي تلف بالمنتج النهائي.
- تعيين الكثافة هو طريقة يتم من خلالها اختبار مدى تجانس المواد الخام.
- طريقة علمية مضمونة يتم من خلالها معرفة الخواص الرئيسية للمواد الخام.
تعيين الكثافة المطلقة للسوائل
تقاس كثافة السائل عن طريق قسمة الكتلة على الحجم، ويمكن تعيين الكثافة المطلقة للسوائل عن طريق استخدام قنينة الكثافة التي تعرف بالبيكنوميتر pycnometer.
البيكنوميتر
هو قنينة من الزجاج القياسي له عنق قصير، وبه غطاء له أنبوب يمر من خلاله السائل الزائد عن حجم القنينة، وهناك سعات متعددة مكتوبه عليها.
الأدوات والمواد المستخدمة في التجربة
- بيكنوميتر
- قارورة بلاستيك يتم ملؤها بماء مقطر.
- السائل المراد تعيين الكثافة المطلقة له مثل(الأسيتون – الكحل الإيثيلي)
الخطوات
- قم بغسل قنينة الكثافة (البيكنوميتر) بماء مقطر ثم كحول.
- زن القنينة بغطائها بعد التجفيف الجيد، وليكن وزنها هو (m1).
- ضع السائل المراد تعيين كثافته بالقنينة ثم كي يمر السائل من خلال الأنبوبة الموجودة بالغطاء.
- قم بتجفيف القنينة جيدًا.
- زن القنينة، وليكن وزنها هو (m2).
حسابات ونتائج التجربة
حتى نقوم بتعيين الكثافة المطلقة للسائل الذي تم وضعه بقنينة الكثافة المعروفة بالبيكنوميتر يتم استخدام قانون كثافة السائل المتمثل في العلاقة الأتية:
(d = m / v) حيث:
- ترمز (v) إلى الحجم
- وترمز (m) إلى الكتلة
- و(d) إلى الكثافة.
جهاز قياس كثافة السوائل
هناك جهازين مشهورين بدقتهم في تعيين كثافة السوائل، والجهازين هما: الهيدروميتر، والهيدروميتر الحراري، وإليك التعريف الوافي بكل جهاز.
الهيدروميتر
هو جهاز يستخدم في قياس وزن السائل أو كثافته، وهذا الجهاز هو عبارة عن أنبوب من الزجاج متدرج، ونتيجة لذلك يطفو الجهاز بشكل مستقيم. يقوم الباحث بإغراق السائل ويحسب نقطة التوازن بين وزن السائل وما يطفو منه، وحينها يتم معرفة الكثافة عن طريق الأنبوب بشكل مباشر.
الهيدروميتر الحراري
هو جهاز يتم من خلاله تحويل الكثافة إلى إشارة كهربائية، وذلك عن طريق استخدام حجم معين من سائل تم ضبطه عن طريق جهاز الإزاحة أو أنبوب الفائض أو جهاز قياس السوائل .
يتضمن الهيدروميتر الحراري نواة معدنية، يتم وضع السائل المراد معرفة كثافته في ملف بالجهاز وهو جزء من دائرته، والجدير بالذكر أنه باختلاف كثافة السائل تختلف قوة اهتزاز جهاز الإزاحة، وعن طريق اللف يمكن معرفة كثافة هذه الحركة ويتم قراءتها بسهولة عن طريق مجسات معرفة الكثافة.
ترتيب السوائل حسب الكثافة
إن أردنا ترتيب السوائل حسب الكثافة يجب أن نقوم بتجربة معملية بسيطة بالشكل التالي:-
الأدوات المستخدمة في التجربة
- أنبوب زجاجي فارغ.
- عسل نحل – شراب ذرة – صابون سائل – ماء – زيت.
- كحول نقي.
الخطوات
- نبدأ بإحضار الأنبوب الزجاجي ونصب السوائل فيه بالترتيب.
- أولًا يتم صب عسل النحل.
- بعده نصب شراب الذرة.
- ثم نصب الصابون السائل.
- نضع بعد ذلك الماء ثم الكحول النقي.
- وأخيرًا نسكب الزيت.
النتيجة
عند تنفيذ التجربة بالشكل المذكور سنلاحظ عدم اختلاط السوائل ببعضها، ولكن سنجد أنها قامت بإعادة ترتيب نفسها فوق بعضها تبعًا لكثافة كل سائل منهم، وسيبقي العسل وشراب الذرة في الأسفل نظرًا لكثافتهم العالية، أما باقي السوائل ستطفو على السطح نتيجة لقلة كثافتها.
كثافة الماء
- إن كثافة الماء تعتمد بشكل أساسي على حرارتها، وكثافتها تكون بوزنها حسب حجم الوحدة، وتقاس بواحد جم لكل ملى لتر، ويمكن قياسها أيضًا بواحد جم لكل سم مكعب.
- ومن المعروف أن الماء النقي تقل كثافته عن 1 جم لكل سم مكعب، وأنه عند تبريد الماء إلى ما قبل التجمد يبقى الماء سائل، فإن أقصى كثافة للماء تكون عند 4 درجة مئوية، وبرغم ذلك فالجليد أقل كثافة من الماء السائل.
وخلاصة ما سبق نستنتج أن كثافة المواد تتحكم في طبيعتها، واجتهد العلماء لإيجاد طرق تعيين الكثافة المطلقة للسوائل حتى يتعرفوا على الخواص الأساسية لها، كما يتم من خلال تعيين الكثافة للمواد بشكل عام مراقبة الجودة بشكل مضمون.
