液體密度的基本原理
文章出處:未知責任編輯:admin人氣:發(fā)表時(shí)間:2021-07-02 10:26
液體密度的基本原理 密度是物質(zhì)的特性之一,它可以表示物質(zhì)密集的程度。在特定溫度下某物質(zhì)單位體積的重量,稱(chēng)為優(yōu)良密度(absolute density),通常以密度(density)稱(chēng)之。若以M與V分別表示物質(zhì)的重量與體積,則密度ρ表示為: ρ=M/V液體物質(zhì)的密度量測,可選擇水為參考液來(lái)當作標準物質(zhì)進(jìn)行相對密度實(shí)驗,所測得相對密度(亦稱(chēng)作比重),是以物質(zhì)與同體積水的重量之比。 物質(zhì)(t℃)的重量 ρx(t℃)d(4℃~t℃)=-----------------------------= ------------------ 同體積水(4℃)的重量 ρw(4℃)
d(4℃~t℃):欲測物質(zhì)之比重,ρx(t℃):物質(zhì)(t℃)的密度,ρw(4℃):水(4℃)的密度,其值為1g/cm3
液體物質(zhì)的密度或比重是重要的物理常數,在化學(xué)工業(yè)及食品業(yè)中的酸、堿、鹽、酒精、石油、糖等液體物質(zhì),當其組成及濃度發(fā)生變化時(shí),其密度往往也隨之改變,因此,經(jīng)常測定是必要的。
對于有機化合物的液體密度,其所受眾多影響因素中,溫度與壓力屬于外在因素。當系統的溫度上升或下降時(shí),由于熱脹冷縮的關(guān)系,液體的體積會(huì )膨脹或縮小,則液體的密度亦隨之減小或增大。例如:工業(yè)上常見(jiàn)的有機溶劑有乙醇、丙酮、異辛烷等。以異辛烷為例,當其溫度由290k增加到300k時(shí),液體密度則降低了0.0081g/cm3,降幅為1.29%。當系統的壓力增大或減小時(shí),液體的體積也會(huì )有些許的減少或增加的趨勢,但其變化的幅度比溫度改變所造成者小的多,例如:異辛烷,當承受的壓力由1bar增加到20bar時(shí),則液體密度增加了0.0018g/cm3,增幅只有0.26%,故壓力所造成的液體密度變化量比溫度所造成者為小。
此外,液體的極性、碳鏈的長(cháng)度等內在因素,也會(huì )影響有機化合物的液體密度,如正已烷或環(huán)戊烷等非極性液體,其分子之間只有一種非常微弱的吸引力,稱(chēng)為倫敦分散力(London dispersion force),而兩極分子間的吸引力,除了分散力之外,還有長(cháng)久偶極間或長(cháng)久偶極和感應偶極間的交互作用,使得分子的排列更加緊密。故一般而言,極性分子的液體密度要比非極性分子者大。而某些分子如醇類(lèi)或酸類(lèi)等極性液體,其分子間的吸引力因分子間氫鍵的存在而加強,所以此類(lèi)化合物的液體密度通常會(huì )比較大,例如乙酸和甲酸甲酯是同分異構物,乙酸因形成分子間氫鍵,在293.5k時(shí)的液體密度為1.0492g/cm3,大于甲酸甲酯在293.5k時(shí)的液體密度為0.974.2g/cm3。對同系列的非極性液體與偶極炬極小的液體而言,因分子中原子數目增加,使得分子間的引力變大,液體密度也隨之增大。而對于醇類(lèi)或酸類(lèi)等偶極炬較大的極性液體而言,碳鏈的增長(cháng)反而使得液體密度減少,這是因為此類(lèi)化合物分子會(huì )因碳鏈的增長(cháng),使得分子的偶極炬變小,而分子間的吸引力也隨之減小,因此密度也隨之減小。一般而言,化合物分子的形狀愈對稱(chēng),其液體密度比較大。此乃形狀愈對稱(chēng)的分子,其分子排列較緊密,分子間的吸引力較大之故。例如:正戊烷與異戊烷,正戊烷形狀較對稱(chēng),在293.15k時(shí)液體密度為0.626g/cm3,略大于異戊烷在293.15k時(shí)液體密度為0.620g/cm3。如上所述,會(huì )影響液體密度的內在因素,皆以液體分子的化學(xué)結構息息相關(guān)。故在探討有機化合物的液體密度時(shí),其化學(xué)結構是極重要的影響因素,須加考慮之。
d(4℃~t℃):欲測物質(zhì)之比重,ρx(t℃):物質(zhì)(t℃)的密度,ρw(4℃):水(4℃)的密度,其值為1g/cm3
液體物質(zhì)的密度或比重是重要的物理常數,在化學(xué)工業(yè)及食品業(yè)中的酸、堿、鹽、酒精、石油、糖等液體物質(zhì),當其組成及濃度發(fā)生變化時(shí),其密度往往也隨之改變,因此,經(jīng)常測定是必要的。
對于有機化合物的液體密度,其所受眾多影響因素中,溫度與壓力屬于外在因素。當系統的溫度上升或下降時(shí),由于熱脹冷縮的關(guān)系,液體的體積會(huì )膨脹或縮小,則液體的密度亦隨之減小或增大。例如:工業(yè)上常見(jiàn)的有機溶劑有乙醇、丙酮、異辛烷等。以異辛烷為例,當其溫度由290k增加到300k時(shí),液體密度則降低了0.0081g/cm3,降幅為1.29%。當系統的壓力增大或減小時(shí),液體的體積也會(huì )有些許的減少或增加的趨勢,但其變化的幅度比溫度改變所造成者小的多,例如:異辛烷,當承受的壓力由1bar增加到20bar時(shí),則液體密度增加了0.0018g/cm3,增幅只有0.26%,故壓力所造成的液體密度變化量比溫度所造成者為小。
此外,液體的極性、碳鏈的長(cháng)度等內在因素,也會(huì )影響有機化合物的液體密度,如正已烷或環(huán)戊烷等非極性液體,其分子之間只有一種非常微弱的吸引力,稱(chēng)為倫敦分散力(London dispersion force),而兩極分子間的吸引力,除了分散力之外,還有長(cháng)久偶極間或長(cháng)久偶極和感應偶極間的交互作用,使得分子的排列更加緊密。故一般而言,極性分子的液體密度要比非極性分子者大。而某些分子如醇類(lèi)或酸類(lèi)等極性液體,其分子間的吸引力因分子間氫鍵的存在而加強,所以此類(lèi)化合物的液體密度通常會(huì )比較大,例如乙酸和甲酸甲酯是同分異構物,乙酸因形成分子間氫鍵,在293.5k時(shí)的液體密度為1.0492g/cm3,大于甲酸甲酯在293.5k時(shí)的液體密度為0.974.2g/cm3。對同系列的非極性液體與偶極炬極小的液體而言,因分子中原子數目增加,使得分子間的引力變大,液體密度也隨之增大。而對于醇類(lèi)或酸類(lèi)等偶極炬較大的極性液體而言,碳鏈的增長(cháng)反而使得液體密度減少,這是因為此類(lèi)化合物分子會(huì )因碳鏈的增長(cháng),使得分子的偶極炬變小,而分子間的吸引力也隨之減小,因此密度也隨之減小。一般而言,化合物分子的形狀愈對稱(chēng),其液體密度比較大。此乃形狀愈對稱(chēng)的分子,其分子排列較緊密,分子間的吸引力較大之故。例如:正戊烷與異戊烷,正戊烷形狀較對稱(chēng),在293.15k時(shí)液體密度為0.626g/cm3,略大于異戊烷在293.15k時(shí)液體密度為0.620g/cm3。如上所述,會(huì )影響液體密度的內在因素,皆以液體分子的化學(xué)結構息息相關(guān)。故在探討有機化合物的液體密度時(shí),其化學(xué)結構是極重要的影響因素,須加考慮之。
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