Beräkna lösningskoncentration med densitetsmätningar

Densitet är en fysisk egenskap definierad som massa per volymenhet. För en lösning återspeglar dess densitet den totala massan av det lösta ämnet och lösningsmedlet inom en given volym. För att bestämma koncentrationen av ett löst ämne utifrån lösningens densitet krävs vanligtvis ett känt förhållande eller en kalibreringskurva.

Denna metod används vanligtvis för binära lösningar (löst ämne + lösningsmedel) där tillsatsen av det lösta ämnet förutsägbart förändrar lösningens totala densitet.

Steg för att bestämma koncentration från densitet

Förbered standardlösningar: Skapa en serie lösningar med det lösta ämnet i exakt kända koncentrationer.
Mät densitet av standarder: Mät densiteten för varje standardlösning noggrant. Använd konsekventa tekniker och säkerställ en konstant temperatur för alla mätningar.
Konstruera en kalibreringskurva: Rita upp de uppmätta densitetsvärdena (y-axeln) mot deras motsvarande kända koncentrationer (x-axeln). Denna kurva illustrerar förhållandet mellan densitet och koncentration.
Mät okänd lösningstäthet: Mät noggrant densiteten för den okända lösningen med samma procedur och temperaturförhållanden som fastställts för standardlösningarna.
Fastställ okänd koncentration: Leta upp den uppmätta densiteten för den okända lösningen på kalibreringskurvan och läs av motsvarande koncentration från x-axeln. Alternativt, om en matematisk ekvation härleddes från kurvan, använd den för beräkning.

Viktigt att tänka på

Temperaturkontroll: Densiteten är starkt beroende av temperaturen. Alla mätningar måste utföras vid en konstant och registrerad temperatur.
Lösningstyp: Denna metod är mest effektiv för lösningar där det lösta ämnet avsevärt och konsekvent påverkar den totala densiteten.
Renhet: Renheten hos lösningsmedlet och det lösta ämnet påverkar direkt noggrannheten i densitetsmätningarna och kalibreringskurvan.
Tillståndsekvation: För vissa specifika system finns etablerade ekvationer som direkt relaterar densitet till koncentration, utan att behöva en fullständig kalibreringskurva.

Jämförelse av densitetsmätningstekniker

Metod	Princip	Typisk noggrannhet	Praktiska användningsfall
Pyknometer	Mäter massan av en exakt känd volym vätska	Hög (±0,0001 g/ml)	Exakt laboratorieanalys, kalibrering av andra instrument
Digital densimeter	Mäter förändringar i oscillationsfrekvensen för ett U-rör fyllt med provet	Mycket hög (±0,00001 g/mL)	Kvalitetskontroll, industriell processövervakning, forskning och utveckling
Hydrometer	Mäter flytkraften för en kalibrerad flottör i vätskan	Måttlig (±0,001-0,01 g/ml)	Fälttestning, snabba kontroller, övervakning av batterisyra- eller frostskyddsmedelsnivåer