Плотность жидкости
Плотность жидкости и другие её физические свойства
Одним из трех агрегатных состояний существования веществ является жидкое. Частицы жидкости расположены весьма компактно, что обусловливает их высокую плотность (плотности некоторых жидкостей приведены в табл. 1) и малую сжимаемость по сравнению с газами. Структура и внутреннее строение жидкостей характеризуются упорядоченным расположением частиц. Вследствие относительно высокой подвижности частиц жидкости их упорядоченность ограничивается небольшими островками (агрегатами или кластерами), причем последние ориентированы друг относительно друга беспорядочно и часть пространства между ними остается не заполненной веществом. Эти образования нестабильны, связи в них постоянно разрушаются и вновь возникают. При этом происходит обмен частиц между соседними кластерами. Таким образом, в структурном отношении для жидкости характерно наличие лабильного (подвижного) равновесия, обусловленного относительной свободой перемещения частиц. Образование лабильных агрегатов в жидкости наблюдается даже при температурах, намного превышающих температуру кристаллизации. С понижением температуры стабильность таких агрегатов увеличивается и вблизи температуры кристаллизации жидкости имеют квазикристаллическое строение, т.е. возрастает количество агрегатов, они становятся больше по размерам и начинают определенным образом ориентироваться друг относительно друга.
Таблица 1. Плотности некоторых жидкостей.
|
Название жидкости |
Плотность, г/см3 |
Название жидкости |
Плотность, г/см3 |
|
Бензин |
0,74 |
Молоко |
1,04 |
|
Вода (4oС) |
1,00 |
Эфир |
0,72 |
|
Керосин |
0,82 |
Ртуть (0oС) |
13,60 |
|
Глицерин |
1,26 |
Спирт |
0,80 |
|
Морская вода |
1,03 |
Скипидар |
0,86 |
|
Оливковое масло |
0,92 |
Ацетон |
0,792 |
|
Машинное масло |
0,91 |
Серная кислота |
1,84 |
|
Нефть |
0,55 – 1,05 |
Жидкий H2 (-253oС) |
0,07 |
Жидкости изотропны, т.е. их физические свойства одинаковы в различных направлениях. При любых, сколь угодно малых усилиях жидкости легко изменяют свою форму, что проявляется в текучести. Естественно, что текучесть (или обратная ей величина — вязкость) для различных жидкостей меняется в широких пределах. Существуют жидкости, обладающие весьма высокой вязкостью (например, некоторые битумы), вследствие чего при резком приложении нагрузки — ударе — они разрушаются подобно твердым телам. В то же время постепенное и непрерывное увеличение нагрузки позволяет обнаружить у них текучесть.
Примеры решения задач
| Задание | Вычислите объем воды и массу поваренной соли NaCl, которые потребуются для приготовления 250 мл 0,7 М раствора. Плотность раствора принять равной 1 г/см3. Какова массовая доля хлорида натрия в таком растворе? |
| Решение | Молярная концентрация раствора равная 0,7 М свидетельствует о том, что в 1000 мл раствора содержится 0,7 моль соли. Тогда, можно узнать, количество вещества соли в 250 мл этого раствора:
n(NaCl) = Vsolution(NaCl) × CM(NaCl); n(NaCl) = 250 × 0,7 / 1000 = 0,175 моль. Найдем массу 0,175 моль хлорида натрия: M(NaCl) = Ar(Na) + Ar(Cl) = 23 + 35,5 = 58,5 г/моль. m = n × M; m(NaCl) = n(NaCl) × M(NaCl); m(NaCl) = 0,175 × 58,5 = 10,2375 г. Вычислим массу воды, необходимую для получения 250 мл 0,7 М раствора поваренной соли: r = msolution / V; msolution = V ×r = 250 × 1 = 250 г. m(H2O) = msolution – m(NaCl); m(H2O) = 250 – 10,2375 = 239,7625 г. |
| Ответ | Масса воды равна 239,7625 г, объем – этому же значению, поскольку плотность воды равна 1 г/см3. |
| Задание | Вычислите объем воды и массу нитрата калия KNO3, которые потребуются для приготовления 150 мл 0,5 М раствора. Плотность раствора принять равной 1 г/см3. Какова массовая доля нитрата калия в таком растворе? |
| Решение | Молярная концентрация раствора равная 0,5 М свидетельствует о том, что в 1000 мл раствора содержится 0,7 моль соли. Тогда, можно узнать, количество вещества соли в 150 мл этого раствора:
n(KNO3) = Vsolution(KNO3) × CM(KNO3); n(KNO3) = 150 × 0,5 / 1000 = 0,075 моль. Найдем массу 0,075 моль нитрата калия: M(KNO3) = Ar(K) + Ar(N) + 3×Ar(O) = 39 + 14 + 3×16 = 53 + 48 = 154 г/моль. m = n × M; m(KNO3) = n(KNO3) × M(KNO3); m(KNO3) = 0,075 × 154 = 11,55 г. Вычислим массу воды, необходимую для получения 150 мл 0,5 М раствора нитрата калия: r = msolution / V; msolution = V ×r = 150 × 1 = 150 г. m(H2O) = msolution – m(NaCl); m(H2O) = 150 – 11,55 = 138,45 г. |
| Ответ | Масса воды равна 138,45 г, объем – этому же значению, поскольку плотность воды равна 1 г/см3. |
