Was ist die Dichte ganz einfach PDF

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Was ist die Dichte?

Die Dichte eines Objekts ist eine seiner wichtigsten und leicht zu messenden physikalischen Eigenschaften. Dichten werden häufig verwendet, um reine Substanzen zu identifizieren und die Zusammensetzung vieler Arten von Mischungen zu charakterisieren und zu schätzen. Der Zweck dieser Lektion ist es, zu zeigen, wie Dichten definiert, gemessen und genutzt werden, und sicherzustellen, dass Sie die eng verwandten Konzepte von Auftrieb und spezifischem Gewicht und die Rollen, die sie in unserem Leben und in der Umwelt spielen, verstehen. Was ist Dichte? Die meisten von uns haben schon lange verstanden, dass "Öl leichter ist als Wasser" oder dass Eisen "schwerer" ist als Zucker. Wenn wir solche Aussagen machen, vergleichen wir implizit gleiche Volumina dieser Substanzen: Schließlich wissen wir, dass eine Tasse Zucker mehr wiegt als ein gewöhnlicher Stahlnagel. Masse und Volumen sind Maßzahlen für die Menge einer Substanz und werden als solche als umfangreiche Eigenschaften der Materie definiert. Das Verhältnis zweier umfassender Eigenschaften ist immer eine intensive Eigenschaft, die eine bestimmte Art von Materie unabhängig von ihrer Größe oder Masse charakterisiert. ρ = m / V. Die Volumeneinheiten Milliliter (ml) und Kubikzentimeter (cm3) sind identisch und werden üblicherweise austauschbar verwendet.

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Die allgemeine Bedeutung von Dichte ist die Menge von irgendetwas pro Volumeneinheit. Was wir üblicherweise die "Dichte" nennen, wird genauer als "Massendichte" bezeichnet. Man kann jedoch auch andere Dichten wie beispielsweise eine "Ladungsdichte" konstruieren. Beispiel Gewöhnliche handelsübliche Salpetersäure ist eine Flüssigkeit mit einer Dichte von 1,42 gml-1 und enthält 69,8% HNO3. a) Berechnen Sie die Masse von HNO3 in 800 ml Salpetersäure. b) Welches Säurevolumen enthält 100 g HNO3? LÖSUNG Die Masse von 800 ml der Säure ist (1,42 g ml-1) × (800 ml) = 1140 g. Das Gewicht der Säure, die 100 g HNO3 enthält, ist 100 g / 0,698 = 143 g Volumen 143 g / 1,42 gml-1 = 101 ml Spezifisches Volumen und spezifisches Gewicht Es ist manchmal bequemer, das Volumen auszudrücken, das von einer Einheitsmasse einer Substanz eingenommen wird. Dies ist nur das Inverse der Dichte und wird als spezifisches Volumen bezeichnet. 2

Beispiel Ein Glaskolben wiegt 66,3924 g bei Evakuierung und 66,6524 g, wenn er mit Xenon gas bei 25 ° C gefüllt wird. Die Glühbirne kann 50,0 ml Wasser aufnehmen. Finden Sie unter diesen Bedingungen die Dichte und das spezifische Volumen von Xenon. LÖSUNG Die Masse von Xenon wird durch Differenz gefunden: (66,6524 66,3924) g = 0,26 g. Die Dichte ρ = m / V = (0,26 g) / (0,050 l) = 5,2 g L-1. Das spezifische Volumen beträgt 1 / (5,2 g L-1 = 0,180 l g-1. Quantität, die der Dichte sehr nahe kommt und die an ihrer Stelle häufig verwendet wird, ist das spezifische Gewicht. Das spezifische Gewicht ist das Verhältnis der Masse eines Materials zu der eines gleichen Volumens Wasser. Da die Dichte von Wasser etwa 1,00 g mL-1 beträgt, ist das spezifische Gewicht numerisch nahe dem der Dichte, aber als Verhältnis ist es dimensionslos. Das Vorhandensein von "Volumen" in dieser Definition führt zu einer leichten Komplikation: Volumina sind aufgrund der thermischen Ausdehnung temperaturabhängig. Bei 4 ° C hat Wasser seine maximale Dichte von fast genau 1.000 g mL-1. Wenn also angenommen wird, dass das äquivalente Wasservolumen bei dieser Temperatur liegt, können die Dichte und das spezifische Gewicht als numerisch identisch angesehen werden. Bei tatsächlichen Vergleichen sind jedoch häufig die Temperaturen sowohl des zu messenden Materials als auch des äquivalenten Wasservolumens unterschiedlich, so dass es notwendig ist, um einen spezifischen Dichtewert eindeutig zu spezifizieren, die Temperaturen der beiden fraglichen Substanzen anzugeben und vom Wasser. Wenn wir also feststellen, dass ein gegebenes Volumen eines 3

Stoffes bei 20 ° C das 1,11-fache des gleichen Wasservolumens wiegt, das bei 4 ° C gemessen wird, würden wir sein spezifisches Gewicht als 1,11 * 20/4 Obwohl die meisten Chemiker die Dichte als bequemer empfinden und das spezifische Gewicht eher als altmodisch empfinden, wird die letztere Menge in vielen industriellen und technischen Bereichen weit verbreitet verwendet, von der Weinherstellung bis zur Urinanalyse. Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase Im Allgemeinen haben Gase die niedrigsten Dichten, aber diese Dichten sind stark abhängig von dem Druck und der Temperatur, die immer spezifiziert werden müssen. In dem Maße, in dem ein Gas ein ideales Verhalten zeigt (niedriger Druck, hohe Temperatur), ist die Dichte eines Gases direkt proportional zu den Massen seiner Komponentenatome und somit zu seinem Molekulargewicht. Die Messung der Dichte eines Gases ist eine einfache experimentelle Methode, um sein Molekulargewicht abzuschätzen. Flüssigkeiten umfassen einen mittleren Bereich von Dichten. Merkur, ein flüssiges Metall, ist etwas wie ein Ausreißer. Flüssigkeitsdichten sind weitgehend unabhängig vom Druck, aber sie sind etwas temperaturempfindlich. Der Dichtebereich von Feststoffen ist ziemlich groß. Metalle, deren Atome ziemlich kompakt zusammenpassen, haben die höchsten Dichten, obwohl die von Lithium, dem höchsten metallischen Element, ziemlich niedrig ist. Verbundwerkstoffe wie Holz und hochverdichteter Polyurethanschaum enthalten Hohlräume, die die mittlere Dichte reduzieren. 4

Wie die Temperatur die Dichte beeinflusst Alle Substanzen neigen dazu, sich auszudehnen, wenn sie erhitzt werden, wodurch die gleiche Masse ein größeres Volumen einnimmt und somit die Dichte verringert. Für die meisten Feststoffe ist diese Ausdehnung relativ gering, aber sie ist bei weitem nicht vernachlässigbar; für Flüssigkeiten ist es größer. Wie Sie vielleicht wissen, sind die Gasvolumina sehr temperaturempfindlich, und natürlich sind es ihre Dichten. Was ist die Ursache für die thermische Ausdehnung? Wenn Moleküle thermische Energie gewinnen, bewegen sie sich stärker. In kondensierten Phasen (Flüssigkeiten und Feststoffe) hat diese Bewegung den Charakter einer unregelmäßigen Art von Stoßen oder Drängen, die dazu führt, dass die durchschnittlichen Abstände zwischen den Molekülen zunehmen, was zu erhöhtem Volumen und geringerer Dichte führt. Dichten der Elemente Man könnte erwarten, dass die Dichte der chemischen Elemente mit dem Atomgewicht gleichmäßig zunimmt, aber das ist nicht der Fall. Die Dichte hängt sowohl vom Volumen als auch von der Masse und dem Volumen ab, das von einer gegebenen Masse eines Elements eingenommen wird, und diese Volumina können aus zwei Gründen ungleichmäßig variieren: Die Größen (Atomradien) folgen der Zick-Zack-Progression, die die anderen periodischen Eigenschaften der Elemente kennzeichnet, wobei die Atomvolumina mit zunehmender Kernladung in jeder Periode abnehmen. 5

Dichte von Wasser Die Natur hat die Dichte von Wasser bei gewöhnlichen Temperaturen praktisch genau auf 1.000 g / ml (1 kg / l) gebracht. Wasser unterliegt ebenso wie alle anderen Flüssigkeiten der thermischen Ausdehnung, und während des größten Teils seines Temperaturbereichs nimmt die Dichte von Wasser mit der Temperatur ab. Allerdings ist Wasser im Temperaturbereich von 0 bis 4 ° C außergewöhnlich gut, wo die Temperatur durch die Temperaturerhöhung ansteigt und bei etwa 4 ° C ihren größten Wert erreicht.

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Das 4 ° -Dichtemaximum ist eines von vielen "anomalen" Verhaltensweisen von Wasser. Wie Sie vielleicht wissen, sind die H2OMoleküle in flüssigem und festem Wasser durch ein Phänomen, das als Wasserstoffbrückenbindung bekannt ist, lose miteinander verbunden. Jedes einzelne Wassermolekül kann bis zu vier andere H2O-Moleküle verbinden, aber dies geschieht nur, wenn die Moleküle in einem Eiskristall 6

fixiert sind. Dies führt zu einer relativ offenen Gitteranordnung und damit zu der relativ geringen Dichte von Eis. Beachten Sie die größere Offenheit der Eisstruktur, die notwendig ist, um die stärkste Wasserstoffbrückenbindung in einem gleichmäßigen, ausgedehnten Kristallgitter zu gewährleisten. Die engere und verwirrtere Anordnung in flüssigem Wasser kann nur durch die größere Menge an Wärmeenergie aufrechterhalten werden, die über dem Gefrierpunkt verfügbar ist. Wenn Eis schmilzt, beginnt thermische Energie, die Wasserstoffbindungskräfte zu überwinden, so dass jedes H2O-Molekül, anstatt permanent mit vier Nachbarn verbunden zu sein, nur über Wasserstoffbindungen mit durchschnittlich drei anderen Molekülen verbunden ist, die kontinuierlich brechen und sich neu bilden . Mit weniger Wasserstoffbindungen verringern sich die geometrischen Anforderungen, die früher eine offenere strukturelle Anordnung erforderten, so dass das gesamte Netzwerk dazu neigt, zu kollabieren, wodurch das Wasser dichter wird. Mit steigender Temperatur nimmt der Anteil an H2O-Molekülen, die eisartige Cluster besetzen, ab, was zu einem Anstieg der Dichte zwischen 0 ° und 4 ° beiträgt.

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