1. Gustoća

___________________________________________________________________________________

1

1. GUSTOĆA

1. Uvod

Gustoća je svojstvo tvari da stvara manje ili više kompaktne atomske ili molekulske

agregate. Gustoća ulazi u definicije više termodinamičkih veličina kao što su koeficijent

viskoznosti, refrakcija i polarizacija molekula, molarni volumen itd.

1.1. Apsolutna gustoća ρ

Gustoća je po definiciji odnos mase i volumena nekog tijela, a iz toga slijedi da je mjerna

jedinica SI kilogram po metru kubnom (kg/m3). Vrijedi, dakle,

m

Vρ = (1.1)

Gustoća nam govori kolika je masa neke tvari sadržana u jedinici volumena: što je ta

masa veća, kažemo da je tijelo gušće.

Gustoća je promjenjiva karakteristika neke tvari, ovisi ponajprije o temperaturi te to

vrijedi za sve tvari u svim agregatnim stanjima. Za plinovito agregatno stanje gustoća ovisi i o

tlaku.

U pravilu, gustoća svih tvari opada s porastom temperature. To neće biti slučaj samo ako

je termičko širenje tvari na neki način mehanički spriječeno; tada će se kod plinova povećati

tlak, a kod čvrstih tvari će se pojaviti naprezanje. Tekućine će se ponašati vrlo slično kao i

čvrste tvari, ali kod njih termičko rastezanje nema praktičnu važnost s obzirom da je zanemarivo

i nema nikakve tehničke primjene - svaka tekućina će početi isparavati prije nego se dogodi

znatno povećanje njenog volumena.

Jedina poznata tvar u prirodi za koju ne vrijedi navedeno ponašanje gustoće u ovisnosti o

temperaturi je voda. Voda je najgušća na temperaturi od 4 °C, a u krutom stanju (led) ima

osjetno manju gustoću nego u tekućem stanju - zbog toga led pluta na vodi. Apsolutna gustoća

vode na 4 oC je odreñena izrazom:

[ ]g/mlOH

4

OH4

OH

2

2

2 V

m=ρ (1.2)

gdje je m4

H2O - masa vode na 4 oC.

VH2O - odgovarajući volumen na 4 oC.

Jedinica volumena je mililitar (ml). Mililitar je volumen kojeg ima 1 g čiste vode na

3,98 oC. Općenito se uzima 4 oC. Potrebno je naznačiti da je 1ml = 1.00027 cm3.

1. Gustoća

___________________________________________________________________________________

2

Budući da apsolutna gustoća ovisi o temperaturi, općenito za bilo koju supstancu (X) na nekoj

temperaturi t vrijedi:

[ ]t

t xx g/ml

t

x

m

Vρ = (1.3)

gdje mtx - predstavlja masu supstance na temperaturi t, a V

tx - odgovarajući volumen.

Veličina usko povezana s gustoćom je specifični volumen. Veza specifičnog volumena s

gustoćom je slijedeća:

1v

ρ= (1.4)

Mjerna jedinica specifičnog volumena je metar kubni po kilogramu (m3/kg). Ova

veličina nam govori koliki volumen zauzima jedinica mase neke tvari. Baratanje specifičnim

volumenom je od naročite važnosti u termodinamici.

2. Eksperimentalni dio

2.1. Odreñivanje apsolutne gustoće, ρ

Piknometar je stakleni sud (posuda) za indirektno mjerenje gustoće tvari. Piknometri

imaju točno odreñen volumen na odreñenim temperaturama. Na željenoj temperaturi t, mjeri se

masa vode u volumenu piknometra, zatim, na istoj temperaturi mjeri se masa volumena

nepoznate tvari sadržane u istom piknometru. Budući da su volumeni Vx i VH20 jednaki, gustoća

nepoznate tvari računa se prema jednadžbi:

2x H OV V= (1.5)

2

2

ttH Ox

t t

x H O

mm

ρ ρ= (1.6)

2

2

tt txx H Ot

H O

m

mρ ρ= (1.7)

Vrijednosti ρt(H2O), na odgovarajućoj temperaturi t, mogu se pronaći u priručnicima fizikalne

kemije (ρ20

(H2O) = 0.99823 g/ml, ρ30

(H2O) = 0.99567 g/ml).

2.2. Kemikalije

Etanol i destilirana voda

1. Gustoća

___________________________________________________________________________________

3

2.3. Aparature

Gay-Lussac-ov piknometar, analitička vaga.

2.4. Postupak rada

• Isprati piknometar acetonom ili etanolom, iznutra ga osušiti toplim zrakom

a izvana obrisati filter papirom.

• Vagati prazan piknometar na analitičkoj vagi ± 0.1 mg (masa mo)

• Ispuniti piknometar destiliranom vodom 2 mm iznad šlifa tako da prilikom začepljivanja

bude popunjena kapilara čepa do vrha. Višak vode odstraniti. Posušiti piknometar filter

papirom i odmah vagati na analitičkoj vagi (mt(H2O) = m1 - mo).

• Isprazniti piknometar, unutrašnjost isprati čistim acetonom ili alkoholom, osušiti i zatim

ispuniti tekućinom kojoj se želi izmjeriti gustoća. Začepiti piknometar na prethodno

opisan način, posušiti ga i odmah izvagati na analitičkoj vagi

(mtx = m2 - mo).

• Na kraju isprazniti piknometar, isprati acetonom ili alkoholom, posušiti toplim zrakom i

spremiti do slijedeće upotrebe.

3. Zadatak

Odrediti apsolutnu gustoću etanola na sobnoj temperaturi.

Slika 1.1. Piknometar po Gay-Lussacu

4. Zaključak

čep kapilara u čepu