Poniamo sulla bilancia dei cilindri di ferro e di alluminio dello stesso volume. L’equilibrio della bilancia è stato sconvolto. Perché?

Disequilibrio significa che le masse dei corpi non sono le stesse. Peso del cilindro di ferro più massa alluminio. Ma i volumi dei cilindri sono uguali. Ciò significa che un'unità di volume (1 cm3 o 1 m3) di ferro ha una massa maggiore dell'alluminio.

Si chiama la massa di una sostanza contenuta in un'unità di volume densità della materia.

Per trovare la densità, devi dividere la massa di una sostanza per il suo volume. La densità è indicata dalla lettera greca ρ (ro). Poi

densità = massa/volume,

ρ = M/V .

L'unità SI di densità è 1 kg/m3. Le densità di varie sostanze sono determinate sperimentalmente e sono presentate nella tabella:

Densità di sostanze solide, liquide e gassose (a norma pressione atmosferica)

Sostanza	ρ, kg/m3	ρ, g/cm3
Sostanza allo stato solido a 20 °C
Osmio	22600	22,6
Iridio	22400	22,4
Platino	21500	21,5
Oro	19300	19,3
Guida	11300	11,3
Argento	10500	10,5
Rame	8900	8,9
Ottone	8500	8,5
Acciaio, ferro	7800	7,8
Lattina	7300	7,3
Zinco	7100	7,1
Ghisa	7000	7,0
Corindone	4000	4,0
Alluminio	2700	2,7
Marmo	2700	2,7
Vetro della finestra	2500	2,5
Porcellana	2300	2,3
Calcestruzzo	2300	2,3
Sale da tavola	2200	2,2
Mattone	1800	1,8
Plexiglas	1200	1,2
Caprone	1100	1,1
Polietilene	920	0,92
Paraffina	900	0,90
Ghiaccio	900	0,90
Quercia (secca)	700	0,70
Pino (secco)	400	0,40
sughero	240	0,24
Liquido a 20 °C
Mercurio	13600	13,60
Acido solforico	1800	1,80
Glicerolo	1200	1,20
Acqua di mare	1030	1,03
Acqua	1000	1,00
Olio di semi di girasole	930	0,93
Olio per macchine	900	0,90
Cherosene	800	0,80
Alcol	800	0,80
Olio	800	0,80
Acetone	790	0,79
Etere	710	0,71
Benzina	710	0,71
Stagno liquido (at T= 400°C)	6800	6,80
Aria liquida (a T= -194 °C)	860	0,86
Gas a 0 °C
Cloro	3,210	0,00321
Monossido di carbonio (IV) ( diossido di carbonio)	1,980	0,00198
Ossigeno	1,430	0,00143
Aria	1,290	0,00129
Azoto	1,250	0,00125
Monossido di carbonio (II) ( monossido di carbonio)	1,250	0,00125
Gas naturale	0,800	0,0008
Vapore acqueo (a T= 100°C)	0,590	0,00059
Elio	0,180	0,00018
Idrogeno	0,090	0,00009

Come facciamo a capire che la densità dell'acqua è ρ = 1000 kg/m3? La risposta a questa domanda segue dalla formula. Massa d'acqua in volume V= 1 m 3 è uguale a M= 1000 chilogrammi.

Dalla formula della densità, la massa di una sostanza

M = ρ V.

Di due corpi di uguale volume, quello con la maggiore densità di materia ha la massa maggiore.

Confrontando le densità del ferro ρ f = 7800 kg/m 3 e dell'alluminio ρ al = 2700 kg/m 3, si capisce perché nell'esperimento la massa di un cilindro di ferro risultò maggiore della massa di un cilindro di alluminio del stesso volume.

Se il volume di un corpo si misura in cm 3, allora per determinare la massa corporea conviene utilizzare il valore di densità ρ, espresso in g/cm 3.

Convertiamo ad esempio la densità dell'acqua da kg/m3 a g/cm3:

ρ pollici = 1000 kg/m 3 = 1000 \(\frac(1000~g)(1000000~cm^(3))\) = 1 g/cm3.

Quindi, il valore numerico della densità di qualsiasi sostanza, espresso in g/cm 3 , è 1000 volte inferiore al suo valore numerico espresso in kg/m 3 .

Formula della densità della sostanza ρ = M/V utilizzato per corpi omogenei, cioè per corpi costituiti da una sola sostanza. Sono corpi che non hanno cavità d'aria o non contengono impurità di altre sostanze. La purezza della sostanza è giudicata dalla densità misurata. C'è, ad esempio, del metallo economico aggiunto all'interno di un lingotto d'oro?

Di norma, una sostanza allo stato solido ha una densità maggiore rispetto allo stato liquido. Un'eccezione a questa regola è il ghiaccio e l'acqua, costituiti da molecole di H 2 O. La densità del ghiaccio è ρ = 900 kg 3, la densità dell'acqua è ρ = 1000 kg 3. La densità del ghiaccio è inferiore alla densità dell'acqua, il che indica un accumulo di molecole meno denso (cioè una maggiore distanza tra loro) nello stato solido della sostanza (ghiaccio) rispetto allo stato liquido (acqua). In futuro incontrerai altre anomalie (anomalie) molto interessanti nelle proprietà dell'acqua.

La densità media della Terra è di circa 5,5 g/cm 3 . Questo e altri fatti noti alla scienza ci hanno permesso di trarre alcune conclusioni sulla struttura della Terra. Lo spessore medio della crosta terrestre è di circa 33 km. La crosta terrestre è composta principalmente da suolo e rocce. La densità media della crosta terrestre è di 2,7 g/cm 3 e la densità delle rocce che si trovano direttamente sotto la crosta terrestre è di 3,3 g/cm 3. Ma entrambi questi valori sono inferiori a 5,5 g/cm 3, cioè inferiori alla densità media della Terra. Ne consegue che la densità della materia situata nelle profondità del globo è maggiore della densità media della Terra. Gli scienziati suggeriscono che al centro della Terra la densità della sostanza raggiunge 11,5 g/cm 3, cioè si avvicina alla densità del piombo.

La densità media del tessuto del corpo umano è 1036 kg/m3, la densità del sangue (at T= 20 °C) - 1050 kg/m3.

Il legno ha una bassa densità (2 volte inferiore al sughero) balsa. Da esso vengono ricavate zattere e salvagenti. Un albero cresce a Cuba Eshinomena dai capelli spinosi, il cui legno ha una densità 25 volte inferiore a quella dell'acqua, cioè ρ ≈ 0,04 g/cm 3 . Densità del legno molto elevata albero del serpente. Un albero affonda nell'acqua come una pietra.

Infine, la leggenda di Archimede.

Già durante la vita del famoso scienziato greco antico Archimede, si formarono leggende su di lui, la ragione per cui furono le sue invenzioni che stupirono i suoi contemporanei. Una delle leggende racconta che il re siracusano Airone II chiese al pensatore di determinare se la sua corona fosse fatta di oro puro o se il gioielliere vi mescolasse una quantità significativa di argento. Naturalmente la corona doveva rimanere intatta. Non fu difficile per Archimede determinare la massa della corona. Molto più difficile era misurare con precisione il volume della corona per calcolare la densità del metallo da cui era stata fusa e determinare se si trattava di oro puro. La difficoltà era che aveva la forma sbagliata!

Un giorno Archimede, assorto nei pensieri sulla corona, mentre faceva il bagno, gli venne un'idea brillante. Il volume della corona può essere determinato misurando il volume d'acqua da essa spostata (conosci questo metodo per misurare il volume di un corpo di forma irregolare). Dopo aver determinato il volume della corona e la sua massa, Archimede calcolò la densità della sostanza da cui il gioielliere realizzò la corona.

Secondo la leggenda, la densità della sostanza della corona risultò essere inferiore alla densità dell'oro puro e il gioielliere disonesto fu colto in inganno.

Figura 1. Tabella delle densità di alcune sostanze. Author24 - scambio online di lavori degli studenti

Tutti i corpi nel mondo che ci circonda hanno dimensioni e volumi diversi. Ma anche con gli stessi dati volumetrici, la massa delle sostanze differirà in modo significativo. In fisica, questo fenomeno è chiamato densità della materia.

La densità è un concetto fisico di base che dà un'idea delle caratteristiche di qualsiasi sostanza conosciuta.

Definizione 1

La densità di una sostanza è una quantità fisica che mostra la massa di una determinata sostanza per unità di volume.

Le unità di volume in termini di densità di una sostanza sono solitamente metro cubo o centimetro cubo. La determinazione della densità di una sostanza viene effettuata utilizzando attrezzature e strumenti speciali.

Per determinare la densità di una sostanza è necessario dividere la massa del suo corpo per il suo stesso volume. Quando si calcola la densità di una sostanza, vengono utilizzati i seguenti valori:

peso corporeo ($m$); volume corporeo ($V$); densità corporea ($ρ$)

Nota 1

$ρ$ è una lettera dell'alfabeto greco "rho" e non deve essere confusa con la designazione simile di pressione - $p$ ("peh").

Formula della densità della sostanza

La densità di una sostanza viene calcolata utilizzando il sistema di misurazione SI. In esso, le unità di densità sono espresse in chilogrammi per metro cubo o grammi per centimetro cubo. Puoi anche utilizzare qualsiasi sistema di misurazione.

Una sostanza ha diversi gradi di densità se si trova in diversi stati di aggregazione. In altre parole, la densità di una sostanza allo stato solido sarà diversa dalla densità della stessa sostanza allo stato liquido o gassoso. Ad esempio, l'acqua ha una densità nel suo normale stato liquido di 1000 chilogrammi per metro cubo. Allo stato congelato, l'acqua (ghiaccio) avrà già una densità di 900 chilogrammi per metro cubo. Il vapore acqueo a pressione atmosferica normale e una temperatura prossima a zero gradi avrà una densità di 590 chilogrammi per metro cubo.

La formula standard per la densità di una sostanza è la seguente:

Oltre alla formula standard, utilizzata solo per i solidi, esiste una formula per i gas in condizioni normali:

$ρ = M / Vm$, dove:

• $M$ è la massa molare del gas,
• $Vm$ è il volume molare del gas.

Esistono due tipi di solidi:

• poroso;
• massa.

Nota 2

Le loro caratteristiche fisiche influenzano direttamente la densità della sostanza.

Densità di corpi omogenei

Definizione 2

La densità dei corpi omogenei è il rapporto tra la massa di un corpo e il suo volume.

Il concetto di densità di una sostanza comprende la definizione della densità di un corpo omogeneo e uniformemente distribuito con una struttura eterogenea, costituito da questa sostanza. Questo è un valore costante e per una migliore comprensione delle informazioni vengono formate apposite tabelle in cui vengono raccolte tutte le sostanze comuni. I valori per ciascuna sostanza sono suddivisi in tre componenti:

• densità di un corpo allo stato solido;
• densità di un corpo allo stato liquido;
• densità di un corpo allo stato gassoso.

L'acqua è una sostanza abbastanza omogenea. Alcune sostanze non sono così omogenee, quindi per loro viene determinata la densità media del corpo. Per ricavare questo valore, è necessario conoscere il risultato ρ della sostanza per ciascun componente separatamente. I corpi sciolti e porosi hanno la vera densità. È determinato senza tener conto dei vuoti nella sua struttura. Il peso specifico può essere calcolato dividendo la massa di una sostanza per l'intero volume che occupa.

Valori simili sono legati tra loro dal coefficiente di porosità. Rappresenta il rapporto tra il volume dei vuoti e il volume totale del corpo attualmente in esame.

La densità delle sostanze dipende da molti fattori aggiuntivi. Alcuni di essi aumentano contemporaneamente questo valore per alcune sostanze e lo diminuiscono per altre. A basse temperature, la densità della sostanza aumenta. Alcune sostanze sono in grado di rispondere al cambiamento regime di temperatura diversamente. In questo caso si è soliti dire che la densità si comporta in modo anomalo ad un certo intervallo di temperature. Tali sostanze includono spesso bronzo, acqua, ghisa e alcune altre leghe. La densità dell'acqua è massima a 4 gradi Celsius. Con ulteriore riscaldamento o raffreddamento, questo indicatore può cambiare anche in modo significativo.

Le metamorfosi con la densità dell'acqua si verificano durante la transizione da uno stato di aggregazione all'altro. L’indicatore ρ cambia i suoi valori in questi casi in maniera brusca. Aumenta progressivamente durante la transizione dallo stato gassoso allo stato liquido, nonché al momento della cristallizzazione del liquido.

Ci sono molti casi eccezionali. Ad esempio, il silicio ha bassi valori di densità quando solidificato.

Misurare la densità della materia

Per misurare efficacemente la densità di una sostanza, di solito vengono utilizzate attrezzature speciali. Consiste in:

• bilancia;
• strumento di misura sotto forma di righello;
• matraccio tarato.

Se la sostanza in esame è allo stato solido, come dispositivo di misurazione viene utilizzata una misura sotto forma di un centimetro. Se la sostanza in esame si trova allo stato aggregato liquido, per le misurazioni viene utilizzato un matraccio tarato.

Per prima cosa devi misurare il volume del tuo corpo utilizzando un centimetro o una beuta. Il ricercatore osserva la scala di misurazione e registra il risultato risultante. Se indagato trave di legno forma cubica, allora la densità sarà pari al valore del lato elevato alla terza potenza. Quando si studia un liquido, è necessario tenere conto inoltre della massa del recipiente con cui vengono effettuate le misurazioni. I valori ottenuti devono essere sostituiti nella formula universale per la densità della sostanza e l'indicatore calcolato.

Per i gas il calcolo dell'indicatore è molto difficile poiché è necessario utilizzare diversi strumenti di misura.

Tipicamente, un idrometro viene utilizzato per calcolare la densità delle sostanze. È progettato per ottenere risultati dai liquidi. La densità reale viene studiata utilizzando un picnometro. I terreni vengono esaminati utilizzando trivelle Kaczynski e Seidelman.

Uno degli indicatori controllati più importanti nella produzione di cosmetici e integratori alimentari è la densità. A seconda del prodotto realizzato, gli specialisti dell’azienda “ Fattoria Korolev» utilizzare diversi concetti e definizioni di densità.

Una definizione più chiara del concetto di densità richiede un chiarimento della formulazione di questo termine:

Con una transizione così limitante, è necessario tenere conto del fatto che a livello atomico qualsiasi corpo è disomogeneo, e quindi è necessario concentrarsi sul volume utilizzato per il corrispondente modello fisico utilizzato.

• Densità apparente: la densità apparente di vari materiali sfusi (zucchero, lattosio, amido, ecc.) è intesa come la quantità di questa polvere (prodotto sfuso) che si trova in uno stato liberamente riempito in una determinata unità di volume.
• La densità relativa è il rapporto tra due concetti, ad es. termini e può essere considerato come il rapporto tra la densità volumetrica, cioè la densità apparente, e la densità reale.

La densità del prodotto è un parametro importante nella produzione di prodotti cosmetici, poiché influisce aspetto prodotto, sue proprietà organolettiche, peso e costo del prodotto finito. È molto importante tenere conto della densità del prodotto quando si confezionano prodotti fabbricati in bottiglie, tubi, barattoli e così via.

Ad esempio, la densità delle creme è inferiore a uno. Di norma, la densità della crema è compresa tra 0,96 e 0,98 g/cm3. Secondo i test, ad una densità di 0,96 e un volume di 50 ml, la massa della crema sarà di 48 g, e ad una densità di 0,98 la massa aumenta a 49 g.

La densità degli shampoo, al contrario, è maggiore o uguale all'unità, è compresa tra 1,0 e 1,04 g/cm 3 . La ricerca mostra che con una densità di 1,0 e un volume di 100 ml, la massa di shampoo nella confezione sarà di 100 ge con una densità di 1,04 sarà già di 104 g.

Come già accennato, la densità è definita come il rapporto tra la massa corporea e il volume occupato. Pertanto, i valori numerici della densità di una sostanza mostrano la massa dell'unità di volume accettata o specificata di questa sostanza. Come si può vedere dall'esempio sopra, la densità del metallo, in in questo caso ghisa, 7 kg/dm 3. Risulta che 1 dm 3 di ghisa ha una massa di 7 kg. Confronto di densità acqua di rubinetto– 1kg/l. Da questo esempio segue che la massa di 1 litro di acqua di rubinetto è 1 kg. Lo stesso volume di sostanze diverse o sostanze hanno pesi diversi.
È noto che al diminuire della temperatura aumenta la densità dei corpi.

Esistono due metodi principali per determinare la densità di una sostanza: idrometrico e picnometrico. Un idrometro viene utilizzato per misurare la densità di vari liquidi e un picnometro viene utilizzato per misurare la densità di creme, balsami, gel e dentifrici.

Sulla base della densità misurata dei prodotti cosmetici secondo le tabelle concordate presso l'impresa "Limiti di deviazioni consentite del contenuto netto dalla quantità nominale" in conformità con GOST 8.579-2002 "Requisiti per la quantità di merci imballate nell'imballaggio di qualsiasi tipo durante la produzione, l'imballaggio, la vendita e l'importazione” vengono determinati i limiti consentiti delle deviazioni del contenuto netto del prodotto dal valore nominale.

Un idrometro è un dispositivo utilizzato per misurare la densità di vari liquidi e sostanze liquide. Di norma, si tratta di un tubo di vetro, la cui parte inferiore ha un diametro notevolmente ampliato. Nella calibrazione, la porzione espansa viene riempita di pallini o mercurio, che viene utilizzato per ottenere una massa specifica. Nella parte superiore dell'idrometro è presente una scala graduata in alcuni valori di densità corrispondenti. Poiché la densità dei liquidi e delle sostanze liquide dipende in modo molto significativo dalla temperatura, l'idrometro è dotato di un termometro oppure la temperatura del liquido viene misurata contemporaneamente con un altro termometro.

Per eseguire la procedura per misurare la densità di una sostanza liquida o di un liquido, un idrometro pulito viene posizionato con cura in un misurino sufficientemente grande con liquido, ma in modo tale che l'idrometro galleggi liberamente al suo interno. I valori di densità vengono determinati utilizzando la scala dell'idrometro del liquido situata sul bordo inferiore del menisco.

In fisica l'idrometro è un dispositivo utilizzato per determinare il valore della densità e, quindi, il peso specifico dei corpi.

Gli storici della scienza ritengono che l'idrometro come dispositivo per effettuare misurazioni sia stato inventato da Ipazia, una famosa scienziata, astronoma, matematica e filosofa, capo della scuola alessandrina del neoplatonismo. Grazie al suo lavoro scientifico furono inventati o migliorati altri strumenti: un distillatore, un astrolabio e un planisfero.

La struttura degli idrometri moderni, come quelli utilizzati nell'antichità, si basa sulla famosa legge idrostatica - la legge di Archimede, come noto a scuola classi giovanili, La legge di Archimede afferma che ogni corpo galleggia in un liquido e sprofonda in esso così profondamente che il peso del liquido spostato da questo corpo è uguale al peso dell'intero corpo che galleggia in questo liquido.

Circostanze interessanti hanno preceduto la scoperta della legge di Archimede, che ha glorificato lo scienziato nel corso dei tempi. “Eureka!” esclamano tutti, trovando la soluzione ad un problema difficile, ma questa è preceduta da tutta una storia.

Archimede prestò servizio alla corte di Gerone II, tiranno di Siracusa, che regnò dal 270 al 215 a.C., e dal 269 a.C. portò il titolo di re. Ierone era conosciuto come un sovrano insidioso, avido e sospettoso.

Sospettava che i suoi gioiellieri producessero oggetti d'oro mescolando l'argento con l'oro o, peggio, lo stagno con un metallo nobile, motivo per cui fu scoperta una delle leggi fisiche. Ordinò ad Archimede di smascherare i gioiellieri, poiché era sicuro che, realizzando la corona per lui, i gioiellieri avessero rubato l'oro.

Per risolvere questo problema compito difficileè necessario conoscere non solo la massa, ma anche determinare il volume della corona prodotta, e questa era la cosa più difficile per calcolare successivamente la densità del metallo. La corona ha una forma geometrica complessa e irregolare; determinarne il volume è molto difficile. compito semplice, la cui soluzione Archimede meditò a lungo.

La soluzione fu trovata da Archimede in modo originale quando si immergeva nella vasca da bagno, il livello dell'acqua aumentava bruscamente dopo essersi immerso nell'acqua. Il corpo dello scienziato ha spostato un uguale volume d’acqua. "Eureka!" - esclamò Archimede e corse al palazzo, come dice la leggenda, senza vestirsi. Allora tutto era semplice. Immerse la corona nell'acqua, misurò il volume del liquido spostato e determinò così il volume della corona.

Grazie a ciò, Archimede scoprì il principio o, come viene anche chiamata, la legge della galleggiabilità. Un corpo solido immerso in un liquido sposta un volume di liquido pari al volume del corpo immerso nel liquido. Qualsiasi corpo può galleggiare nell'acqua se la sua densità media è inferiore alla densità del liquido in cui è immerso.

La legge di Archimede afferma: qualsiasi corpo immerso in un liquido o gas è soggetto a forze di galleggiamento dirette verso l'alto e pari al peso del liquido o gas da esso spostato.
Fino ad oggi, l'umanità ha applicato con successo le conoscenze acquisite da lontani antenati in molte aree della sua attività, inclusa la produzione di cosmetici.

Come già accennato, per misurare la densità viene utilizzato anche un picnometro. Le misurazioni della densità utilizzando un picnometro vengono eseguite come segue.

Prima della prova è necessario sciacquare il picnometro successivamente con un solvente per eliminare le tracce della sostanza in esame, poi con una miscela di cromo, acqua, alcool, etere, quindi essiccare fino a peso costante e pesare (il risultato della pesata viene registrato in grammi precisa alla quarta cifra decimale).

Si riempie il picnometro con acqua distillata mediante un imbuto o una pipetta leggermente al di sopra della tacca, si chiude con un tappo e si pone per 20 minuti in un termostato alla temperatura di (20 ± 0,1) °C.

Quando la temperatura raggiunge (20 ± 0,1) ° C, è necessario portare il livello dell'acqua nel picnometro alla tacca, eliminando rapidamente l'acqua in eccesso utilizzando una pipetta o una striscia di carta da filtro arrotolata in un tubo, oppure aggiungendo acqua a fino alla tacca, chiudere il picnometro con un tappo e porre il picnometro nel termostato ad una temperatura di (20 ±0,1) °C per 10 minuti.

Togliere il picnometro dal termostato, pesarlo, svuotarlo dall'acqua, asciugarlo, riempire il picnometro con il liquido di prova e termostatarlo.

Calcolare la densità () in g/cm3 utilizzando la formula:

Dove : m 1 – massa del picnometro con il liquido di prova, g;
m 0 – massa di un picnometro vuoto, g;
m 2 - massa del picnometro con acqua, g;
A – correzione per le forze aerostatiche, calcolata con la formula:

A= 0,0012 x V.

Dove : V – volume del picnometro, cm 3 ;
0,0012 – densità dell'aria a 200°C, g/cm3;
0,9982 – densità dell'acqua a 200°C, g/cm3;

Presso l'azienda KorolevPharm, viene utilizzato un metodo espresso per misurare la densità dei prodotti cosmetici con una consistenza densa (emulsioni, gel crema, gel, balsami, ecc.). La sua essenza sta nel fatto che per i test viene utilizzata una siringa calibrata.

Per determinare la densità, pesare la siringa vuota (il risultato della pesatura viene registrato in grammi fino alla seconda cifra decimale), riempire la siringa con acqua distillata fino alla tacca massima, quindi pulire accuratamente la superficie della siringa e pesare nuovamente.

Determinare il volume (V) della siringa utilizzando la formula:

Dove : m 1 – massa di una siringa con acqua (g), , 0,9982 - densità dell'acqua a 200°C, g/cm3;

Pesare nuovamente la siringa vuota (il risultato della pesatura viene registrato in grammi con precisione al secondo decimale), riempire la siringa con massa cosmetica fino alla tacca di massimo, evitando eventuali bolle d'aria.

Pulire con attenzione la superficie della siringa e pesarla nuovamente.

Calcolare la densità () in g/cm3 utilizzando la formula:

Dove, m 1 – massa di una siringa con un prodotto cosmetico (g), m 0 - massa di una siringa vuota (g), V – volume della siringa (cm 3)

Il risultato del test viene preso come media aritmetica dei risultati di due determinazioni parallele, la discrepanza tra le quali non supera 0,01 g/cm 3 .
Questo metodo consente di determinare rapidamente la densità del prodotto cosmetico fabbricato.

Densità- grandezza fisica caratterizzante Proprietà fisiche di una sostanza, che è uguale al rapporto tra la massa di un corpo e il volume occupato da questo corpo.

La densità (densità di un corpo omogeneo o densità media di un corpo eterogeneo) può essere calcolata utilizzando la formula:

[ρ] = kg/m³; [m] = kg; [V] = m³.

Dove M- massa corporea, V- il suo volume; la formula è semplicemente una notazione matematica per la definizione del termine "densità".

Tutte le sostanze sono costituite da molecole, quindi la massa di qualsiasi corpo è costituita dalle masse delle sue molecole. Questo è simile a come la massa di un sacchetto di caramelle è la somma delle masse di tutte le caramelle nel sacchetto. Se tutte le caramelle sono uguali, la massa di un sacchetto di caramelle potrebbe essere determinata moltiplicando la massa di una caramella per il numero di caramelle nel sacchetto.

Le molecole di una sostanza pura sono identiche. Pertanto, la massa di una goccia d'acqua è uguale al prodotto della massa di una molecola d'acqua per il numero di molecole nella goccia.

La densità di una sostanza mostra qual è la massa di 1 m³ di tale sostanza.

La densità dell'acqua è 1000 kg/m³, ciò significa che la massa di 1 m³ d'acqua è 1000 kg. Questo numero può essere ottenuto moltiplicando la massa di una molecola d'acqua per il numero di molecole contenute in 1 m³ del suo volume.
La densità del ghiaccio è 900 kg/m³, ciò significa che la massa di 1 m³ di ghiaccio è 900 kg.
A volte viene utilizzata l'unità di densità g/cm³, quindi possiamo dire anche così la massa di 1 cm³ di ghiaccio è 0,9 g.

Ogni sostanza occupa un certo volume. E potrebbe rivelarsi così i volumi dei due corpi sono uguali, e le loro masse sono diverse. In questo caso, dicono che le densità di queste sostanze sono diverse.

Anche quando le masse di due corpi sono uguali i loro volumi saranno diversi. Ad esempio, il volume del ghiaccio è quasi 9 volte maggiore del volume di una sbarra di ferro.

La densità di una sostanza dipende dalla sua temperatura.

All’aumentare della temperatura, la densità solitamente diminuisce. Ciò è dovuto alla dilatazione termica, quando il volume aumenta mentre la massa rimane invariata.

Al diminuire della temperatura aumenta la densità. Sebbene esistano sostanze la cui densità si comporta diversamente in un determinato intervallo di temperature. Ad esempio acqua, bronzo, ghisa. Pertanto, la densità dell'acqua ha un valore massimo a 4 °C e diminuisce sia all'aumentare che al diminuire della temperatura rispetto a questo valore.

Quando cambia lo stato di aggregazione, la densità di una sostanza cambia bruscamente: la densità aumenta durante il passaggio dallo stato gassoso a quello liquido e quando il liquido solidifica. L'acqua, il silicio, il bismuto e alcune altre sostanze fanno eccezione a questa regola, poiché la loro densità diminuisce quando solidificano.

Risoluzione dei problemi

Compito n. 1.
Una piastra metallica rettangolare lunga 5 cm, larga 3 cm e spessa 5 mm ha una massa di 85 g. Di che materiale può essere fatta?

Analisi di un problema fisico. Per rispondere alla domanda posta, è necessario determinare la densità della sostanza di cui è composta la lastra. Quindi, utilizzando la tabella della densità, determinare a quale sostanza corrisponde il valore di densità trovato. Questo problema può essere risolto in queste unità (cioè senza conversione in SI).

Compito n. 2.
Una palla di rame con un volume di 200 cm 3 ha una massa di 1,6 kg. Determina se questa palla è solida o vuota. Se la palla è vuota, determinare il volume della cavità.

Analisi di un problema fisico. Se il volume del rame è inferiore al volume della sfera V rame

Compito n.3.
Una tanica contenente 20 kg di acqua è riempita di benzina. Determinare la massa della benzina nella tanica.

Analisi di un problema fisico. Per determinare la massa della benzina in una tanica, dobbiamo trovare la densità della benzina e la capacità della tanica, che è uguale al volume dell'acqua. Il volume dell'acqua è determinato dalla sua massa e densità. Troviamo la densità dell'acqua e della benzina nella tabella. È meglio risolvere il problema in unità SI.

Compito n. 4.
È stata realizzata una lega da 800 cm 3 di stagno e 100 cm 3 di piombo. Qual è la sua densità? Qual è il rapporto in massa tra stagno e piombo nella lega?

DEFINIZIONE

Densitàè una grandezza fisica scalare, definita come il rapporto tra la massa di un corpo e il volume che occupa.

Questa quantità è solitamente indicata con la lettera greca r o con le lettere latine D e D. L'unità di misura della densità nel sistema SI è kg/m 3 e nel GHS - g/cm 3 .

La densità può essere calcolata utilizzando la formula:

Il rapporto tra la massa di un dato gas e la massa di un altro gas preso nello stesso volume, alla stessa temperatura e alla stessa pressione è chiamato densità relativa del primo gas rispetto al secondo.

Ad esempio, in condizioni normali, la massa di anidride carbonica in un volume di 1 litro è 1,98 g e la massa di idrogeno nello stesso volume e nelle stesse condizioni è 0,09 g, da cui la densità dell'anidride carbonica rispetto all'idrogeno sarà essere: 1,98 / 0,09 = 22.

Come calcolare la densità di una sostanza

Indichiamo la densità relativa del gas m 1 / m 2 con la lettera D. Quindi

Pertanto, la massa molare di un gas è uguale alla sua densità relativa a un altro gas, moltiplicata per la massa molare del secondo gas.

Spesso le densità dei vari gas sono determinate in relazione all'idrogeno, essendo il più leggero di tutti i gas. Poiché la massa molare dell'idrogeno è 2,0158 g/mol, in questo caso l'equazione per il calcolo delle masse molari assume la forma:

oppure, se arrotondiamo la massa molare dell'idrogeno a 2:

Calcolando, ad esempio, con questa equazione la massa molare dell'anidride carbonica, la cui densità per l'idrogeno, come sopra indicato, è 22, troviamo:

M(CO2) = 2 × 22 = 44 g/mol.

Esempi di risoluzione dei problemi

ESEMPIO 1

Esercizio	Calcolare il volume d'acqua e la massa di cloruro di sodio NaCl necessari per preparare 250 ml di una soluzione 0,7 M. Prendiamo la densità della soluzione pari a 1 g/cm. Qual è la frazione in massa del cloruro di sodio in questa soluzione?
Soluzione	Una concentrazione molare di una soluzione pari a 0,7 M indica che 1000 ml di soluzione contengono 0,7 mol di sale. Quindi, puoi scoprire la quantità di sostanza salina in 250 ml di questa soluzione: n(NaCl) = soluzione V (NaCl) × C M (NaCl); n(NaCl) = 250 × 0,7 / 1000 = 0,175 mol. Troviamo la massa di 0,175 mol di cloruro di sodio: M(NaCl) = Ar(Na) + Ar(Cl) = 23 + 35,5 = 58,5 g/mol. m(NaCl) = n(NaCl) × M(NaCl); m(NaCl) = 0,175 × 58,5 = 10,2375 g. Calcoliamo la massa d'acqua necessaria per ottenere 250 ml di soluzione di cloruro di sodio 0,7 M: r = m soluzione/V; soluzione m = V × r = 250 × 1 = 250 g. m(H2O) = 250 - 10,2375 = 239,7625 g.
Risposta	La massa dell'acqua è 239,7625 g, il volume è lo stesso valore, poiché la densità dell'acqua è 1 g/cm

ESEMPIO 2

Esercizio	Calcolare il volume di acqua e la massa di nitrato di potassio KNO 3 necessari per preparare 150 ml di una soluzione 0,5 M. Prendiamo la densità della soluzione pari a 1 g/cm. Qual è la frazione in massa del nitrato di potassio in tale soluzione?
Soluzione	Una concentrazione molare di una soluzione pari a 0,5 M indica che 1000 ml di soluzione contengono 0,7 mol di sale. Quindi, puoi scoprire la quantità di sale in 150 ml di questa soluzione: n(KNO 3) = V soluzione (KNO 3) × C M (KNO 3); n(KNO3) = 150 × 0,5 / 1000 = 0,075 mol. Troviamo la massa di 0,075 mol di nitrato di potassio: M(KNO3) = Ar(K) + Ar(N) + 3×Ar(O) = 39 + 14 + 3×16 = 53 + 48 = 154 g/mol. m(KNO 3) = n(KNO 3) × M(KNO 3); m(KNO3) = 0,075 × 154 = 11,55 g. Calcoliamo la massa d'acqua necessaria per ottenere 150 ml di una soluzione 0,5 M di nitrato di potassio: r = m soluzione/V; m soluzione = V × r = 150 × 1 = 150 g. m(H 2 O) = m soluzione - m(NaCl); m(H2O) = 150 - 11,55 = 138,45 g.
Risposta	La massa dell'acqua è 138,45 g, il volume è lo stesso valore, poiché la densità dell'acqua è 1 g/cm