Ареометрия

Ареометрия

АРЕОМЕТРИЯ, метод определения удельного веса жидкостей по степени погружения плавающего в них тела. Применяемые для этой цели приборы (поплавки), снабженные шкалой для определения глубины погружения, называются ареометрами. Последние делаются обычно из стекла и представляют собой запаянное полое цилиндрическое тело, в нижней части которого помещен груз для понижения центра тяжести, а верх кончается тонкой длинной шейкой со шкалой, имеющей условные деления. При медленном погружении ареометра в сосуд с испытуемой жидкостью он устанавливается в ней на определенной глубине, соответствующей ее удельному весу, причем шейка ареометра со шкалой должна выступать над поверхностью жидкости. Жидкость, прилипающая к стеклу, образует у шейки ареометра мениск, верхний кран которого возвышается над поверхностью жидкости в сосуде. Отсчет на шкале должен производиться не по верхнему краю мениска, а в плоскости уровня жидкости в сосуде. Для непрозрачных жидкостей допускается отсчет по верхнему краю мениска, причем такой способ отсчета предусматривается при построении шкалы ареометра. Перед погружением ареометр должен быть совершенно чист и сух. Т. к. плотность жидкости заметно меняется в зависимости от ее температуры, то показания ареометра правильны только при одной какой-нибудь температуре. Эта условная температура должна быть указана на шкале ареометра.

 

Жидкость перед измерением должна быть приведена по возможности близко к этой условной температуре. В противном случае в показания ареометра необходимо вводить поправку на температуру, для чего имеются соответствующие таблицы. Ареометры различаются по устройству шкалы. На некоторых ареометрах деления шкалы прямо показывают величину удельного веса жидкости, на других шкала дает возможность сразу определить концентрацию растворенного вещества в весовых или объемных процентах. Одни ареометры приспособлены для жидкостей легче воды, другие - для жидкостей тяжелее воды. Денсиметр Флейшера, для жидкостей тяжелее воды, градуирован на сотые доли единицы. Градусы этого ареометра прямо показывают сотые доли, а единица подразумевается. Так, например, показание шкалы 8° соответствует удельному весу 1,08; показание шкалы 25° отвечает удельному весу 1,25, и т. д. Деления ареометра Твэдделля показывают полусотые доли, так что, например, число 8° на шкале Твэдделля отвечает удельному весу 1,04; число 25° соответствует удельному весу 1,125 и т. д. В заводской практике всех стран наиболее употребителен ареометр Боме, хотя основания, на которых построена шкала Боме, крайне неопределенны, и применение его вызывает много недоразумений. Для градуировки шкалы ареометра Боме нулевую точку устанавливали по чистой воде при температуре 17°,5. Точка, соответствующая 10°, определялась по погружению ареометра в 10%-ный раствор поваренной соли при 17°,5. Расстояние между этой и нулевой точками разделялось на 10 равных частей, называвшихся «градусами Боме» (сокращенно обозначаются Вẻ). Эти градусы равными отрезками наносились на шкалу и вверх от 10°. Герлах составил таблицу сравнительных значений удельных весов чистых растворов поваренной соли и соответствующих показаний ареометра Боме при 14° Р. (16°,8 С). Это внесло путаницу в применение старой и новой шкалы Боме, т. к. по таблице Герлаха получались для жидкостей одного и того же удельного веса более низкие показания, чем по старой шкале. Далее было предложено точку 66° устанавливать по степени погружения ареометра в «английской» серной кислоте при 14° Р. и расстояние между этой и нулевой точками шкалы (вода при 14° Р.) делить на 66 равных частей. Но такой способ построения шкалы также не является научным, т. к. понятие об «английской» серной кислоте не было определено ни степенью ее чистоты, ни процентным содержанием H24. Все построенные различными способами виды ареометров Боме вошли в практику, — в результате масса недоразумений в контроле производства и в торговле. Эту неопределенность шкалы ареометра Боме пытался устранить Кольб, построивший нормальную ареометрическую шкалу на точном основании закона Архимеда для плавающего тела.

Обозначим собственный вес ареометра через g. Пусть при одной и той же температуре ареометр погружается в воде до точки 0°, а в другой жидкости до черты n°. При равномерности делений шкалы и геометрически правильной шейке будем иметь, что объем вытесненной воды имеет вес g, а объем вытесненной жидкости имеет вес gd ± nd, где d  - удельный вес жидкости; знак + относится к жидкостям легче воды (n° выше 0°), а знак — к жидкостям тяжелее воды (n° ниже 0°). По закону плавающего тела имеем для жидкости тяжелее воды g = gd—nd, откуда g= nd/(d - 1) и d = g/(g - n). Для жидкости легче воды имеем соответственно g = gd + nd, откуда g= nd/(1 - d) и d = g/(g - n). Если принять, что показание ареометра в 66° Вẻ соответствует удельному весу серной кислоты 1,842 при 15°, как это сделал Кольб, то для величины g, согласно этим формулам, получим значение g= 66 · 1,842/(1,842 - 1) = 144,3. Тогда d = 144,3/(144,3 - n).

По формуле, дающей зависимость между удельным весом жидкости d и показанием шкалы n, Кольб построил нормальную ареометрическую шкалу. Хотя шкала Кольба основана на неточном предположении, что удельный вес концентрированной чистой серной кислоты при 15° равен 1,842, все же показания этой шкалы практически оказываются более точными, чем градусы соляной шкалы Герлаха. Однако, несмотря на это, шкала Кольба не вошла во всеобщее употребление, и наряду с ней встречаются и другие «рациональные» шкалы Боме, как, например, голландская, построенная по формуле d = 144/(144 - n), и американская, рассчитанная по формуле d = 145/(145 - n). Кроме ареометров Боме, имеется еще целый ряд других ареометров с соответствующими формулами для построения шкал. Из них наиболее употребительны следующие:

Кроме ареометров Боме, имеется еще целый ряд других ареометров с соответствующими формулами для построения шкал

По этим формулам составлены таблицы для перевода градусов одной шкалы на другую. На шкалах специальных ареометров наносятся деления, показывающие прямо концентрацию испытуемого раствора, для исследования которого эти ареометры предназначены. Ареометры Брикса и Баллинга, применяемые для сахарных растворов (сахарометры), дают возможность прямо отсчитывать весовые проценты растворенного сахара. Спиртомеры показывают весовые проценты винного спирта в растворе. Наряду с ареометрами описанной конструкции некоторое применение нашел ареопикнометр Эйхгорна. Он представляет собой ареометр, в котором между нижним грузом и полым телом имеется еще полый шарик, емкостью в 10 см3, закрываемый притертой стеклянной пробкой. Для определения удельного веса какой-либо жидкости наполняют ею шарик, закрывают его плотно пробкой и погружают прибор в дистиллированную воду при 17°,5. Отсчет на шкале прямо дает удельный вес испытуемой жидкости. Нормальные требования, предъявляемые к ареометрам вообще, установлены II Международным конгрессом прикладной химии в Париже. Эти требования формулированы так: 1) Шкала ареометра должна показывать или удельные веса, или градусы Боме, Брикса, Баллинга и т. д. Соотношение между этими градусами и удельным весом утверждается Интернациональной комиссией. 2) Для жидкостей с различными капиллярными свойствами должны применяться специально градуированные различные ареометры с точным указанием, для каких жидкостей они предназначены; в противном случае в показания ареометра необходимо вводить поправки. 3) Отсчет на шкале должен производиться на уровне жидкости в сосуде, не считая высоты мениска. Если, в случае непрозрачной жидкости, отсчет производится по верхнему краю мениска, причем шкала ареометра не приспособлена для такого отсчета, то показание ареометра необходимо поправить на высоту мениска. 4) Ареометр должен быть снабжен термометром Цельсия, содержащим на своей шкале нулевую точку температуры. 5) Для уверенности, что шкала, находящаяся внутри шейки ареометра, не перемещается, необходимо на одном конце шейки ареометра ставить постоянную черту, совпадающую с крайней чертой шкалы. 6) Ошибка показаний ареометра не должна превышать величину самого мелкого деления на его шкале. Кроме этих требований, весьма важными являются предписания, выработанные Германской проверочной комиссией и сводящиеся к следующему: допускаются к употреблению только ареометры, сделанные из прозрачного стекла, с термометром или без него; шкала должна быть прочно укреплена; черты делений шкалы должны лежать в плоскостях, перпендикулярных к геометрической оси шейки; при погружении ареометр должен устанавливаться строго вертикально; шкала должна содержать следующие деления: а) при показаниях удельного веса — 0,001, 0,0005, 0,0002 или 0,0001; б) при показаниях процентов или градусов — целые, половинные, пятые или десятые доли. Такие же деления должны быть и на шкале термометра. Если ареометр предназначен для непрозрачной жидкости, то должен быть указан способ отсчета: по верхнему или по нижнему краю мениска. Ошибки показаний ареометров не должны превышать следующих пределов: при делениях на целые градусы или проценты — 0°,4 или 0,4%; при делениях на половины градуса или процента — 0°,25 или 0,25%; при делениях на пятые доли градуса или процента — 0°,15 или 0,15% и при делениях на десятые доли градуса или процента — 0°,1 или 0,1%.

Специальные ареометры.
Спиртомер. Допускаются только такие ареометры (с термометром), которые имеют шейку круглого сечения и при 15° показывают весовые проценты винного спирта в водном растворе. Длина каждого отрезка шкалы, соответствующего 1%, должна быть при делениях на целые проценты не менее 2 мм, при делениях на полупроценты или пятые доли процента — не менее 4 мм и при делениях на десятые доли процента — не менее 6 мм.
Сахарометр. Допускаются сахарометры, показывающие, при условной температуре, при погружении в чистые сахарные растворы весовые проценты сахара по весу раствора. При делениях на целые проценты, полупроценты или пятые доли процента отрезок шкалы, равный 1%, должен иметь длину не менее 4 мм, при делениях на десятые доли процента — не менее 6 мм.
Ареометры для масел. Шейка ареометра должна быть цилиндрической. При температуре 15° ареометр должен показывать удельные веса масла. Шкала должна иметь градуировку в пределах от 0,61 до 0,99. Отклонения показаний ареометра от действительной величины удельного веса не должны превышать целого наименьшего деления в пределах плотности от 0,83 до 0,99 и половины наименьшего деления в пределах плотности от 0,61 до 0,829.
Ареометры для серной кислоты. Допускаются ареометры, прямо показывающие весовое процентное содержание чистой серной кислоты в пределах от 0 до 97%.
Денсиметры — для измерения удельного веса:

Денсиметры — для измерения удельного веса

Ареометры Боме. При температуре 15° должны иметь пределы для шкалы:

Ареометры Боме. При температуре 15° должны иметь пределы для шкалы

Показание ареометра Боме в n° должно удовлетворять формуле n = 144,3 – 144,3/d, где d — удельный вес жидкости при температуре 15°, отнесенный к воде при 15°.

 

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 1 - 1927 г.