Рис. 5.1. Прибор для определения температуры
затвердевания
Рисунок не приводится.
Рис. 5.2. Прибор Жукова
Рисунок не приводится.
Методика 1. Во внутреннюю пробирку помещают достаточное количество (около 10 г) испытуемого вещества, находящегося в жидком состоянии (твердое вещество предварительно расплавляют при температуре не выше 20 град. C ожидаемой температуры затвердевания), чтобы ртутный шарик находился посередине слоя испытуемого вещества, и при быстром охлаждении определяют приблизительную температуру затвердевания. Внутреннюю пробирку помещают в водяную баню с температурой на 5 град. C выше определенной приблизительно температуры затвердевания до полного расплавления кристаллов. Затем заполняют стакан водой или насыщенным раствором натрия хлорида с температурой на 5 град. C ниже ожидаемой температуры затвердевания. Внутреннюю пробирку вместе с внешней помещают в стакан. При постоянном перемешивании испытуемого вещества отмечают температуру каждые 30 с. Вначале происходит постепенное понижение температуры, затем при появлении твердой фазы она остается некоторое время постоянной или повышается перед тем, как стать постоянной (в этот момент прекращают перемешивание), а затем снова падает. Отмечают наиболее высокую температуру, остающуюся короткое время постоянной при переходе вещества из жидкого состояния в твердое. Эту температуру и принимают за температуру затвердевания.
Если вещество остается жидким при ожидаемой температуре затвердевания, его охлаждают на 1-2 град. C ниже ожидаемой температуры затвердевания и вызывают затвердевание введением малых количеств (нескольких кристаллов) испытуемого вещества или потиранием стенок внутренней пробирки термометром.
Методика 2. Для твердых веществ, имеющих высокую температуру затвердевания с диапазоном от +30 до +100 град. C (парафины и высокоплавкие кристаллические вещества).
Испытуемое вещество, расплавленное на водяной бане или в термостате при температуре на 15-20 град. C выше ожидаемой температуры затвердевания, тщательно перемешивают и заливают в подогретый прибор на 3/4 его высоты. Температура испытуемого вещества после залива в прибор должна превышать ожидаемую температуру затвердевания не менее, чем на 8 град. C. В отверстие прибора вставляют термометр на пробке по оси прибора так, чтобы ртутный шарик термометра находился приблизительно на половине высоты слоя расплавленного вещества. Оставляют прибор до достижения температуры на 3-4 град. C выше температуры затвердевания. По достижении этой температуры записывают температуру через каждую минуту. Сначала температура понижается быстро, затем понижение замедляется и в течение нескольких минут сохраняется постоянной или снижается очень медленно, после чего происходит снова быстрое понижение температуры. За температуру затвердевания вещества принимают то показание термометра, при котором температура оставалась постоянной или снижалась наиболее медленно.
Рассчитывают среднее арифметическое трех определений. Расхождение между определениями не должно превышать 0,2 град. C.
6. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПРЕДЕЛЫ ПЕРЕГОНКИ И ТОЧКА КИПЕНИЯ
(ОФС 42-0036-07)
Под температурными пределами перегонки подразумевают интервал между начальной и конечной температурой кипения при нормальном давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.).
Начальной температурой кипения считают температуру, при которой в приемник перегнались первые 5 капель жидкости. Конечной температурой кипения считают температуру, при которой в приемник перешло 95% жидкости.
Точка кипения - скорректированная температура, при которой давление пара жидкости достигает 101,3 кПа.
Определение температурных пределов перегонки
Прибор. Прибор (рис. 6.1 - не приводится) состоит из перегонной колбы (A), прямого холодильника (B) и аллонжа (C); допускается использовать холодильник с изогнутым нижним концом. Колбу снабжают термометром, конец ртутного шарика которого должен находиться на 5 мм ниже от нижнего края отводной трубки перегонной колбы. Применяют укороченный термометр с диапазоном шкалы около 50 град. C и ценой деления 0,2 град. C.
Рис. 6.1. Прибор для определения температурных
пределов перегонки
Рисунок не приводится.
Во время испытания колбу защищают от охлаждения соответствующим экраном.
Для жидкостей, кипящих при температуре ниже 150 град. C, применяют водяное охлаждение; для жидкостей, кипящих при температуре выше 150 град. C, достаточно воздушного охлаждения.
Методика. В колбу помещают 50 мл исследуемой жидкости и несколько тонких запаянных с одного конца капилляров или кусочков пористого материала.
Начинают нагревание колбы, отмечают начальную температуру кипения и продолжают нагревание таким образом, чтобы в минуту перегонялось 2-3 мл жидкости. Перегоняют требуемый объем жидкости, отмечая конечную температуру кипения. Отгон собирают в приемник (цилиндр вместимостью 50 мл с ценой деления 1 мл). Приемник помещают так, чтобы аллонж входил в него на 2,5 см.
Наблюдаемую температуру перегонки (t1) приводят к нормальному давлению 101,3 кПа (760 мм рт. ст.) по формуле:
t2 = t1 + K x (P - P1), (1)
где:
t2 - исправленная температура, в градусах Цельсия;
t1 - наблюдаемая температура, в градусах Цельсия;
P - нормальное барометрическое давление, в кПа или мм рт. ст.;
P1 - барометрическое давление во время опыта, наблюдаемое по ртутному барометру или анероиду, в кПа или мм рт. ст., с учетом поправок, указанных в поверочном свидетельстве и в инструкции по эксплуатации;
K - поправочный коэффициент. Значения K зависят от температуры кипения перегоняемой жидкости и приведены в табл. 6.1.
Таблица 6.1
Поправочный коэффициент для приведения к
нормальному значению
Наблюдаемая температура | Поправочный коэффициент K при давлении, | |
в мм рт. ст. | в кПа | |
до 100 | 0,040 | 0,30 |
100-140 | 0,045 | 0,34 |
141-190 | 0,050 | 0,38 |
191-240 | 0,055 | 0,41 |
выше 240 | 0,060 | 0,45 |
Примечания
1. Если во время опыта давление измеряют ртутным барометром, то после внесения поправок, указанных в поверочном свидетельстве и в инструкции по эксплуатации, оно должно быть приведено к показаниям при температуре 0 град. C, для чего вычитают из показаний барометра:
0,27 кПа (2 мм рт. ст.) при температуре окружающей среды 13-20 град. C; 0,4 кПа (3 мм рт. ст.) при температуре окружающей среды 21-28 град. C; 0,53 кПа (4 мм рт. ст.) при температуре окружающей среды 29-35 град. C.
2. Перегонку эфира следует проводить на предварительно нагретой водяной бане при температуре от 54 до 58 град. C.
Допустимое расхождение между результатами двух параллельных определений температуры кипения не должно превышать 1 град. C.
Определение точки кипения
Испытание проводят в приборе для определения температурных пределов перегонки, за исключением того, что термометр вводят в горло колбы так, чтобы нижний конец ртутного шарика находился на уровне нижнего конца горла колбы.
В колбу помещают 20 мл испытуемой жидкости и несколько кусочков пористого материала и быстро нагревают до кипения. Отмечают температуру, при которой жидкость начинает поступать по отводной трубке колбы в холодильник.
Отмеченную температуру кипения приводят к нормальному давлению по формуле (1).
Микрометод определения температуры кипения обычно используется для идентификации веществ.
В тонкостенную стеклянную запаянную с одного конца трубочку диаметром 3 мм и длиной около 8 см помещают несколько капель исследуемой жидкости, чтобы образовался слой от 1 до 1,5 см высоты. В трубочку вставляют открытым концом вниз запаянный с одного конца капилляр длиной около 10 см и диаметром около 1 мм. Трубочку прикрепляют с помощью резинового колечка или тонкой проволоки к укороченному термометру так, чтобы нижний конец трубочки находился на уровне середины ртутного шарика, и термометр помещают в прибор для определения температуры плавления. Нагревание ведут таким образом, чтобы температура поднималась на 2-3 град. C в минуту до того момента, когда из капилляра вместо отдельных воздушных пузырьков начнет выделяться непрерывная цепочка пузырьков пара, после чего прекращают или уменьшают нагрев. Момент, когда прекратится выделение пузырьков и жидкость начнет подниматься в капилляр, принимают за температуру кипения.
Наблюдаемую температуру кипения приводят к показаниям при нормальном давлении, как указано выше.
7. ПЛОТНОСТЬ (ОФС 42-0037-07)
m
Плотностью называют массу единицы объема вещества: ро = ---. Если массу
V
m измеряют в граммах, а объем V - в кубических сантиметрах, то плотность
представляет собой массу 1 куб. см вещества: ро г/куб. см. Плотность
вещества ро20 является отношением массы вещества к его объему при
температуре 20 град. C.
Относительная плотность вещества d является отношением массы
определенного объема вещества к массе равного объема воды при температуре
20 град. C. Относительная плотность вещества d является отношением массы
определенного объема вещества при температуре 20 град. C к массе равного
объема воды при температуре 4 град. C.
Формулы пересчета между относительной плотностью (d) и плотностью (ро),
выраженной в кг/куб. м, следующие:
20 20 -3
ро20 = 998,202 x d или d = 1,00180 x 10 ро20;
20 20
20 20 -3
ро20 = 999,972 x d или d = 1,00003 x 10 ро20;
4 4
20 20
d = 0,998230 x d.
4 20
Определение плотности проводят с помощью пикнометра, ареометра или плотномера.
Метод 1
Применяют для определения плотности жидкостей с точностью до +/- 0,001 г/куб. см с помощью пикнометра.
Чистый сухой пикнометр взвешивают с точностью до 0,0002 г, заполняют с помощью маленькой воронки дистиллированной водой немного выше метки, закрывают пробкой и выдерживают в течение 20 мин. в термостате при температуре (20 +/- 0,1) град. C. При этой температуре уровень воды в пикнометре доводят до метки, отбирая излишек воды при помощи пипетки или свернутой в трубку полоски фильтровальной бумаги. Пикнометр снова закрывают пробкой и выдерживают в термостате еще 10 мин. Затем пикнометр вынимают из термостата и вытирают фильтровальной бумагой внутреннюю поверхность горлышка и весь пикнометр снаружи, проверяют положение мениска воды, который должен находиться на уровне метки, оставляют под стеклом аналитических весов в течение 10 мин. и взвешивают с той же точностью.
Пикнометр освобождают от воды, высушивают, споласкивая последовательно спиртом и эфиром (сушить пикнометр нагреванием не допускается), удаляют остатки эфира продуванием воздуха, заполняют пикнометр испытуемой жидкостью и проводят те же операции, что и с водой.
Плотность ро20 (г/куб. см) вычисляют по формуле:
(m2 - m)
ро20 = 0,99703 x -------- + 0,0012,
(m1 - m)
где:
m - масса пустого пикнометра, в граммах;
m1 - масса пикнометра с дистиллированной водой, в граммах;
m2 - масса пикнометра с испытуемой жидкостью, в граммах;
0,99703 - значение плотности воды при 20 град. C, в г/куб. см (с учетом плотности воздуха);
0,0012 - значение плотности воздуха при 20 град. C и барометрическом давлении 101,1 кПа (760 мм рт. ст.).
Метод 2
Применяют для определения плотности твердых жиров и воска. Проводят все операции с дистиллированной водой и высушивают пикнометр, как описано в методе 1. При помощи пипетки или небольшой воронки с оттянутым концом вносят в пикнометр расплавленный жир или воск в таком количестве, чтобы он занимал 1/3-1/2 объема пикнометра. Пикнометр без пробки ставят на один час в горячую воду, затем охлаждают до температуры 20 град. C и взвешивают. Содержимое пикнометра доводят до метки дистиллированной водой при температуре 20 град. C, вытирают пикнометр и снова взвешивают. В обеих фазах и на поверхности их раздела не должно быть пузырьков воздуха.
Величину плотности ро20 вычисляют по формуле:
(m2 - m)
ро20 = 0,99703 x --------------------- + 0,0012,
(m1 + m2) - (m + m3)
где:
m - масса пустого пикнометра, в граммах;
m1 - масса пикнометра с дистиллированной водой, в граммах;
m2 - масса пикнометра с жиром, в граммах;
m3 - масса пикнометра с жиром и водой, в граммах.
Метод 3
Применяют для определения плотности жидкостей с точностью до +/- 0,01 г/куб. см с помощью ареометра.
Испытуемую жидкость помещают в цилиндр и при температуре 20 град. C осторожно опускают в нее чистый сухой ареометр, на шкале которого предусмотрена ожидаемая величина плотности. Ареометр не должен касаться стенок и дна цилиндра. Через 3-4 мин. после погружения ареометра производят отсчет по делению шкалы ареометра, соответствующему нижнему мениску жидкости (глаз должен быть на уровне мениска).
Примечания
1. Определение плотности сильнолетучих веществ ареометром не допускается.
2. В случае определения плотности в темноокрашенных жидкостях отсчет производят по верхнему мениску.
Метод 4
Применяют для определения плотности жидкостей и газов в малом объеме (1-2 мл) с точностью до +/- 0,0001 г/куб. см с помощью плотномера.
Принцип измерения плотности плотномером основан на определении периода колебаний U-образной измерительной трубки определенного объема, вызываемых электромагнитным генератором.
Частота собственных колебаний трубки зависит от ее конструктивных особенностей - упругости и массы и определяется в процессе калибровки при заполнении ее веществом с известной плотностью. При заполнении трубки испытуемым веществом частота колебаний трубки меняется в зависимости от массы (плотности) вещества. Измеряемый специальным датчиком период колебаний измерительной трубки автоматически пересчитывается на плотность образца в г/куб. см.
8. ВЯЗКОСТЬ (ОФС 42-0038-07)
Вязкость (внутреннее трение) - свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.
Основными кинематическими переменными для жидкостей служат деформация и ее скорость. Поэтому для изучения реологических характеристик жидких сред устанавливают связь между приложенными внешними нагрузками и кинематическими параметрами.
Жидкости, вязкость которых не зависит от напряжения сдвига и при определенной концентрации и температуре является постоянной величиной в соответствии с законом Ньютона, называются ньютоновскими. Неньютоновские жидкости не следуют закону Ньютона, их вязкость зависит от напряжения сдвига.
Различают динамическую, кинематическую, относительную, удельную, приведенную и характеристическую вязкости. Для неньютоновских жидкостей, главным образом, характерна структурная вязкость. Структурная (эффективная или кажущаяся) вязкость - вязкость при данном напряжении сдвига.
Динамическая вязкость или коэффициент вязкости (эта) - это приходящаяся
на единицу поверхности тангенциальная сила, называемая также напряжением
сдвига (тау), выраженная в паскалях (Па), которую необходимо приложить для
того, чтобы переместить слой жидкости площадью 1 кв. м со скоростью (v) 1
-1
метр в секунду (м x с), находящийся на расстоянии (х) 1 метр относительно
другого слоя, параллельно плоскости скольжения.
Величина dv/dx представляет собой градиент скорости и определяет
-1
скорость сдвига D, выраженную в обратных секундах (с). Таким образом,
эта = тау/D, (1)
Динамическую вязкость (эта) обычно выражают в пуазах (пз) или
сантипуазах (1 спз = 0,01 пз). Жидкость имеет вязкость 1 пз, если
-1
напряжение сдвига 1 дин/кв. см создает скорость сдвига 1 с. В системе СИ
динамическая вязкость выражается в паскаль-секундах (Па x c) или
миллипаскаль-секундах (мПа x с). 1 сП = 1 мПа x с.
Кинематическую вязкость (ню), выраженную в метрах квадратных на секунду
-1
(кв. м x с), получают делением величины динамической вязкости эта на
плотность жидкости ро, выраженную в килограммах на метр кубический
-3
(кг x м), измеренную при той же температуре:
ню = эта/ро, (2)
Кинематическую вязкость обычно выражают в стоксах (ст) или сантистоксах
(1 сст = 0,01 ст), в системе СИ - в метрах квадратных на секунду
-1 -1
(кв. м x с) или миллиметрах квадратных на секунду (кв. мм х с).
-1
1 ст = 10-4 кв. м x с.
В ряде случаев требуется определить вязкость одной жидкости
относительно другой - относительную вязкость (эта).
отн
Часто вязкость выражают как удельную вязкость (эта), которая
уд
показывает, какая часть вязкости раствора обусловлена присутствием в нем
растворенного вещества:
эта - эта0 эта
эта = ---------- = ----- - 1 = эта - 1, (3)
уд эта0 эта0 отн
где:
эта - вязкость раствора;
эта0 - вязкость растворителя.
Удельная вязкость, отнесенная к единице концентрации раствора,
называется приведенной вязкостью (эта):
прив
эта
уд
эта = --------, (4)
прив с
где: с - концентрация раствора.
Для растворов полимеров вязкость является функцией молекулярных масс, формы, размеров и гибкости макромолекул. Чтобы определить структурные характеристики полимеров, приведенную вязкость экстраполируют к нулевой концентрации. В этом случае вводится понятие характеристической вязкости [эта]:
эта
уд
[эта] = lim эта = lim -------. (5)
с->0 прив с->0 c
Характеристическая вязкость выражается в единицах, обратных единицам концентрации.
Для определения вязкости применяются капиллярные, ротационные вискозиметры и вискозиметры с падающим шариком.
Капиллярные вискозиметры обычно используются для определения вязкости при одном значении скорости сдвига, поэтому применяются в основном для исследования ньютоновских жидкостей. Они просты и удобны в обращении.
Ротационные вискозиметры позволяют определять реологические свойства жидкостей в широком диапазоне скоростей сдвига, что особенно важно для неньютоновских жидкостей.
Вискозиметр с падающим шариком (вискозиметр Гепплера) предназначен для измерения вязкости прозрачных ньютоновских жидкостей.
Допускается использование других вискозиметров при условии, что точность и правильность измерений будет не хуже, чем в случае использования вискозиметров, описанных ниже.
Измерение вязкости на капиллярных вискозиметрах
Для измерения кинематической вязкости применяются капиллярные вискозиметры типа Оствальда и Уббелоде с различными модификациями.
Стеклянные капиллярные вискозиметры предназначены: 1) серии ВПЖ и ВПЖТ - для определения вязкости прозрачных жидкостей; 2) серии ВПЖМ и ВПЖТМ - для определения вязкости малых объемов прозрачных жидкостей; 3) серии ВНЖ и ВНЖТ - для определения вязкости непрозрачных жидкостей.
На рис. 8.1 и 8.2 (не приводятся) представлен общий вид вискозиметров серии ВПЖ.
Рис. 8.1. Вискозиметр стеклянный капиллярный ВПЖ-1
Рисунок не приводится.
Рис. 8.2. Вискозиметр стеклянный капиллярный ВПЖ-2
Рисунок не приводится.
Вискозиметр состоит из капилляра с радиусом R и длиной L, через который под действием силы тяжести протекает жидкость объема V.
Если H - средняя высота жидкости, g - ускорение силы тяжести, то
кинематическая вязкость (ню) в миллиметрах квадратных на секунду
-1
(кв. мм x с) равна:
эта пи x R x g x H
ню = ---- = ------------------ x t = K x t, (6)
ро 8 x L x V
пи x R x g x H
где: K = ---------------- - постоянная прибора, обычно выражаемая в
8 x L x V миллиметрах квадратных на секунду квадратную
-2
(кв. мм x с).
Если известна плотность испытуемой жидкости ро, то, зная ню, можно
вычислить динамическую вязкость эта:
эта = ро x ню = ро x K x t, (7)
где:
эта - динамическая вязкость в миллипаскаль-секундах (мПа x с);
ро - плотность испытуемой жидкости, в миллиграммах на миллиметр
-3 20
кубический (мг x мм), полученная умножением относительной плотности (d)
на 0,9982.
Для определения вязкости в каждом конкретном случае капиллярные вискозиметры выбирают в соответствии с табл. 8.1 и 8.2 по известным значениям K и V в зависимости от характера испытуемой жидкости, ее объема и значения вязкости.
Таблица 8.1
Характеристики капиллярных вискозиметров серии ВПЖ-1
┌────────────┬─────────────────────────┬─────────────────────────────────────────────┬────────────────────────┐
│Номинальное │ Диапазон измерения │ Диаметр капилляра, мм │ Объем измерительного │
│ значение │ вязкости, кв. мм/с ├──────────────────────┬──────────────────────┤резервуара V, куб. см │
│ постоянной │ │ ВПЖ-1 │ ВПЖТ-1 │ │
│ 2│ ├───────────┬──────────┼───────────┬──────────┼───────────┬────────────┤
│K, кв. мм/с │ │Номинальный│Предельное│Номинальный│Предельное│ ВПЖ-1 │ ВПЖТ-1 │
│ │ │ │отклонение│ │отклонение│ │ │
├────────────┼─────────────────────────┼───────────┼──────────┼───────────┼──────────┼───────────┼────────────┤
│ 0,003 │От 0,6 до 3 включ. │ 0,34 │ │ 0,34 │ + 0,007 │1,5 +/- 0,2│1,5 +/- 0,08│
├────────────┼─────────────────────────┼───────────┤ +/- 0,02 ├───────────┼──────────┼───────────┼────────────┤
│ 0,01 │От 2 до 10 включ. │ 0,54 │ │ 0,54 │ +/- 0,01 │ 3 +/- 0,3 │3,0 +/- 0,15│
├────────────┼─────────────────────────┼───────────┼──────────┼───────────┼──────────┼───────────┼────────────┤
│ 0,03 │От 6 до 30 включ. │ 0,86 │ │ 0,86 │ │ │ │
├────────────┼─────────────────────────┼───────────┤ +/- 0,03 ├───────────┤ +/- 0,02 │ │6,2 +/- 0,30│
│ 0,1 │От 20 до 100 включ. │ 1,16 │ │ 1,16 │ │ │ │
├────────────┼─────────────────────────┼───────────┼──────────┼───────────┼──────────┤ │ │
│ 0,3 │От 60 до 300 включ. │ 1,52 │ │ 1,52 │ +/- 0,03 │ │ │
├────────────┼─────────────────────────┼───────────┤ +/- 0,04 ├───────────┼──────────┤6,2 +/- 0,3├────────────┤
│ 1 │От 200 до 1000 включ. │ 2,10 │ │ - │ - │ │ │
├────────────┼─────────────────────────┼───────────┤ ├───────────┼──────────┤ │ │
Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 21 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |