液體密度的基本原理
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發(fā)布日期： 2021-07-02 10:26:49
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，稱為優(yōu)良密度(absolute density)，通常以密度(density)稱之。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當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行相對密度實(shí)驗(yàn)，所測得相對密度(亦稱作比重)，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(shù)，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(dāng)其組成及濃度發(fā)生變化時，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(jī)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(dāng)系統(tǒng)的溫度上升或下降時，由于熱脹冷縮的關(guān)系，液體的體積會膨脹或縮小，則液體的密度亦隨之減小或增大。例如：工業(yè)上常見的有機(jī)溶劑有乙醇、丙酮、異辛烷等。以異辛烷為例，當(dāng)其溫度由290k增加到300k時，液體密度則降低了0.0081g/cm3，降幅為1.29%。當(dāng)系統(tǒng)的壓力增大或減小時，液體的體積也會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(dāng)承受的壓力由1bar增加到20bar時，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、碳鏈的長度等內(nèi)在因素，也會影響有機(jī)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，還有長久偶極間或長久偶極和感應(yīng)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。而某些分子如醇類或酸類等極性液體，其分子間的吸引力因分子間氫鍵的存在而加強(qiáng)，所以此類化合物的液體密度通常會比較大，例如乙酸和甲酸甲酯是同分異構(gòu)物，乙酸因形成分子間氫鍵，在293.5k時的液體密度為1.0492g/cm3，大于甲酸甲酯在293.5k時的液體密度為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(shù)目增加，使得分子間的引力變大，液體密度也隨之增大。而對于醇類或酸類等偶極炬較大的極性液體而言，碳鏈的增長反而使得液體密度減少，這是因?yàn)榇祟惢衔锓肿訒蛱兼湹脑鲩L，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，其液體密度比較大。此乃形狀愈對稱的分子，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，在293.15k時液體密度為0.626g/cm3，略大于異戊烷在293.15k時液體密度為0.620g/cm3。如上所述，會影響液體密度的內(nèi)在因素，皆以液體分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。故在探討有機(jī)化合物的液體密度時，其化學(xué)結(jié)構(gòu)是極重要的影響因素，須加考慮之。
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