Tiheyden ja prosentuaalisen koostumuksen käsitteet aineen tärkeinä ominaisuuksina.
Tiheys ja prosenttikoostumus ovat tärkeitä ominaisuuksia kemiassa. Jokaisella on peruskomponentit sekä laajat sovellukset. Tiheyden komponentit ovat: massa ja tilavuus, jotka molemmat voivat olla hämmentävämpiä kuin ensi silmäyksellä. Tiheyden käsitteen sovellus on epäsäännöllisen muodon tilavuuden määrittäminen tunnetun massan ja tiheyden avulla. Prosenttikoostumuksen määrittäminen edellyttää koko esineen tai molekyylin ja sen komponenttien massan tuntemista.
Johdanto
Kumpi painaa enemmän, kilo höyheniä vai kilo höyheniä tiilet? Vaikka monet sanovat, että kilo tiiliä on painavampaa, ne painavat itse asiassa saman! Monet ihmiset ovat kuitenkin kiinni käsitteeseen tiheys ρ, , mikä saa heidät vastaamaan kysymykseen väärin. Kilo höyheniä vie selvästi enemmän tilaa, mutta tämä johtuu siitä, että ne ovat vähemmän “tiheitä”. Mutta mikä on tiheys ja kuinka voimme määrittää sen?
Laboratoriossa tiheyttä voidaan käyttää alkuaineen tunnistamiseen, kun taas prosenttikoostumusta käytetään määrittämään kunkin elementin massamäärä. kemiallinen yhdiste. Päivittäisessä elämässä tiheys selittää kaiken siitä, miksi veneet kelluvat, miksi ilmakuplat yrittävät paeta soodasta. Se vaikuttaa jopa terveyteen, koska luuntiheys on erittäin tärkeä. Samoin prosentuaalista koostumusta käytetään yleisesti eläinrehun ja yhdisteiden, kuten keittiössäsi olevan ruokasoodan, valmistukseen.
Tiheys
Tiheys on fyysinen ominaisuus, joka saadaan jakamalla esineen massa sen tilavuuden mukaan. Näytteen koosta riippumatta tiheys on aina vakio. Esimerkiksi puhtaan volframinäytteen tiheys on aina 19,25 grammaa kuutiosenttimetriä kohden. Tämä tarkoittaa, että onko sinulla yksi gramma tai yksi kilogramma näytettä, tiheys ei koskaan muutu. Yhtälö, kuten jo tiedämme, on seuraava:
Tiheys=Massatilavuus(1.7.1) tai vain ρ=mv(1.7.2)
Tämän yhtälön perusteella on selvää, että tiheys voi vaihdella ja vaihteleekin elementistä toiseen ja aineesta toiseen johtuen eroista massan ja tilavuuden suhteen. Mutta puretaan se askel eteenpäin. Mitä ovat massa ja tilavuus? Emme voi ymmärtää tiheyttä ennen kuin tiedämme sen osat: massan ja tilavuuden. Seuraavat kaksi osiota opettavat sinulle kaikki tiedot, jotka sinun tulee tietää tilavuudesta ja massasta, jotta voit ratkaista ja käsitellä tiheysyhtälöä oikein.
Massa
Massa koskee tiheysyhtälön määrää. aine esineessä. Massan SI-yksikkö on kilogramma (kg), vaikka grammaa (g) käytetään yleisesti laboratoriossa pienempien määrien mittaamiseen. Usein ihmiset pitävät painoa massalla. Paino koskee esineeseen kohdistuvaa voimaa massan ja painovoiman funktiona. Tämä voidaan kirjoittaa muodossa
Paino=massa × painovoima(1.7.3)
Paino=mg
Koska maan päällä yhtälön g
on yhtä suuri kuin yksi, painon ja massan katsotaan olevan yhtä suuria maan päällä. On tärkeää huomata, että vaikka g on yhtä suuri kuin yksi perusyhtälöissä, se itse asiassa eroaa koko maapallolla pienellä murto-osalla sijainnista riippuen; painovoima päiväntasaajalla on pienempi kuin navoilla. Muissa tähtitieteellisissä kohteissa painovoima ja siten paino vaihtelevat suuresti. Tämä johtuu siitä, että paino muuttuu painovoiman ja kiihtyvyyden vaihtelun vuoksi. 1 kg:n kuution massa on kuitenkin edelleen 1 kg, olipa se vuoren huipulla, merenpohjassa tai kuussa.
Toinen tärkeä ero massan ja kuution välillä. paino on se, miten ne mitataan. Paino mitataan vaa’alla, kun taas massa on mitattava vaa’alla. Aivan kuten ihmiset sekoittavat massan ja painon, he sekoittavat myös vaa’at ja tasapainot. Vaaka vastustaa painovoiman vaikutuksia, kun taas vaaka sisältää sen. Laboratoriossa on kahdenlaisia vaakoja: elektronisia ja manuaalisia. Manuaalisella vaakalla löydät kohteen tuntemattoman massan säätämällä tai vertaamalla tunnettuja massoja, kunnes tasapaino saavutetaan. Elektronisella vaakalla, jolla työskentelet UC Davis -laboratoriossa, massa löydetään elektronisella vastapainolla ilman käyttäjän vaivaa. Elektroninen vaaka voi olla paljon tarkempi kuin mikään muu vaaka ja sitä on helpompi käyttää, mutta ne ovat kalliita. Muista myös, että kaikissa laboratoriossa käytetyissä instrumenteissa on systemaattisia virheitä.
Tilavuus
Tilavuus kuvaa kolmiulotteisen tilan määrää, jonka esine vie. Tilavuuden SI-yksikkö on metriä kuutioina (m3), mutta laboratoriossa yleisempiä ovat millilitrat (mL), senttimetrit (cm3) ja litrat (L). Tilavuuden löytämiseksi on monia yhtälöitä. Tässä on vain muutamia helppoja:
Tilavuus = (pituus)3 tai tilavuus = (pituus) (leveys) (korkeus) tai tilavuus = (pohjapinta-ala) (korkeus)
Tiheys: lisätutkimus
Yksiköt
Tiedämme kaikki tiheyden komponentit, joten katsotaanpa itse tiheyttä tarkemmin. Tiheyden ilmaisemiseen yleisimmin käytetty yksikkö on g/cm3 tai g/ml, vaikka tiheyden SI-yksikkö on teknisesti kg/m3. Grammaa per senttimetri kuutioituna vastaa grammaa millilitraa kohti (g/cm3 = g/ml). Ratkaise tiheys noudattamalla yhtälöä 1.5.1. Jos sinulla on esimerkiksi metallikuutio, jonka massa on 7,0 g ja tilavuus 5,0 cm3, tiheys olisi ρ=7g5cm3=1,4g/cm3. Joskus sinun on muunnettava yksiköt saadaksesi oikeat yksiköt tiheydelle, kuten mg:sta g:ksi tai in3:ksi cm3:ksi.
Tiheys jaksollisessa taulukossa
Tiheys voi olla käytetään tunnistamaan tuntematon elementti. Tietenkin sinun on tiedettävä elementin tiheys suhteessa muihin elementteihin. Alla on taulukko, jossa luetellaan jaksollisen taulukon muutamien elementtien tiheys lämpötilan ja paineen tai STP:n standardiolosuhteissa. STP vastaa lämpötilaa 273 K (0 celsiusastetta) ja 1 ilmakehän painetta.