Поправка на зважування у повітрі.

Згідно закону Архімеду, тіло, що занурене у яке-небудь середовище, губить у масі стільки, скільки важить об’єм середовища, що витісняється цим тілом. Тому значення маси тіла, що визначається зважуванням у повітрі, буде меншим за істинним. Така маса 1л води буде меншою за дійсну (1кг) на 1,21 г.

Латунні гирі, що врівноважують 1л води, займають об’єм у 9 разів менший, тому їх маса, яка визначається зважуванням у повітрі, буде менша за істинну тільки на .

При зважуванні з врахуванням впливу повітря 1кг води латунними гирями при звичайних умовах, допускають дуже велику помилку у визначенні маси. Ця помилка дорівнює: .

Зважування з врахуванням пливу повітря називається абсолютним зважуванням.

Очевидно, що чим менший об’єм зважуваних тіл і чим менше різниця між густинами зважуваного тіла і гирь тим меншою буде поправка впливу повітря. У гравіметричному методі, де зважують тіла дуже малого об’єму ця поправка не вводиться.

При вимірюваннях об’ємів слід пам’ятати загальне правило вимірювань: чим менша вимірювальна величина, тим більшою буде відносна похибка при тій самій абсолютній похибці.

Наприклад, при одній і тій ж абсолютній похибці в 1мл при вімірюванні об’єму 1000мл відносна похибка складає 0,1%, при вимірюванні 100мл – вона складає вже 1%, а при об’ємі 10 мл -10%. На каплю, об’ємом 0,05мл – 0,5%. Висновок малі об’єми не слід вимірювати великою вимірювальною посудою.

Приклад визначення сумарної поправки при відтворенні об’єму у 1л зважуванням

При 3,98⁰С маса 1л води складає 1000г, а при 20⁰С маса дорівнює 998,23г. Перша поправка, що пов’язана з підвищенням температури дорівнює 1000-998,23-1,73г.

Друга поправка, що пов’язана з зважуванням у повітрі латунними гирями дорівнює 1,08г. Тому для отримання об’єму, що дорівнює 1л при 20⁰С, необхідно зважити 1000-2,85=907,15г. При більш точному розрахунку з врахуванням розширення скла ця величина дорівнює 997,17г.

Види вимірювального посуду

Мірні колби

Мірні колби (рис 1) – це плоскодонні сосуди грушеподібної форми з вузьким і довгим горлом. На горлі знаходиться мітка, що може відповідати 1000мл, 500мл, 250, 200мл і 100мл, 50мл.

Рис 1 Мірні колби

Об’єм позначають у мілілітрах. Цей об’єм називають номінальним. Під ним позначено число «20⁰С», що вказує, що об’єм даної колби точно дорівнює вказаному тільки при 20⁰С.

Правила доведення об’єму рідини у колбі до мітки.

1. Колба береться тільки за горло обов’язково вище мітки, щоби не змінити температуру розчину, а також самої колби.

2. Розчин наливаєть до мітки таким чином, щоби впуклий меніск поверхні рідини зливався своєю нижньою частиною (рис 2) з міткою, яка нанесена на горло.

3. При перевірці правильності наповнення колбу тримати так, щоби мітка знаходилася на рівні очей.

Для точного і зручного суміщення меніску з міткою посуди використовують екран з паперу для креслення, або розрізану вздовж шматок резинової трубки, яка одягається на горло колби (рис 2).

Рис 2 Спостереження за правильністю установки меніску.

Мірні колби використовують для вимірювання об’ємів і приготування розчинів точної концентрації. У них не дозволяється зберігати розчини, нагрівати і проводити у них хімічні реакції.

Піпетки

Для відбирання невеликих об’ємів використовують піпетки – вузькі скляні трубки, витягнуті з одного боку і розширені посередині.

Для точного вимірювання вилитої рідинивикористовують піпеткизодною міткою.

Якщо піпетку заповнити точно за міткою, потім вилити з неї рідину, то об’єм вилитої рідини буде дорівнювати позначеному на піпетці 10мл, 20мл, 25мл, 50мл (рис 3).

Рис 3 Піпетки

Крім вказаних піпеток іноді використовують циліндричні вимірювальні піпетки, які калібруються на мл і долі їх. Маленькі вимірювальні піпетки, які зроблені з вузької трубки і калібровані на десяті і соті долі мілілітра, називають мікропіпетками.

Об’єми, що відміряються піпетками дуже малі і при невиконанні наступних правил можуть мати невірний результат.

1. Працювати тільки з чистою піпеткою.

2. При затягуваніі рідини нижній кінець піпетки завжди має бути занурений у рідину.

3. Затягнути рідину вище мітки, швидко закрити отвір вказівним пальцем.

4. При мітці на рівні очей послабити палець і вилити потрібну кількість рідини не швидше ніж за 30секунд (не віднімати до кінця вказівного пальця). При швидкому виливанні рідини вона може залишатися на стінках.

5. Коли вся рідина витече, доторкнутися кінчиком піпетки до внутрішньої поверхні стінки колби, порахувати : «двадцять один, двадцять два...» до тридцяти, піся чого витягнути піпетку. Піпетки калібрують на виливання, тому не дозволяється «витискати» з кінчика піпетки рештку рідини.

6. Якщо на стінках піпетки при уважному її розгляданні залишилася рідина, всю роботу повторюють, попередньо піпетка ще раз вимивається. Кожна крапля у 0,04мл складає об’єм піпетки у 20мл - 0,2%.

Бюретки

Бюретка – це довга скляна трубка, яка відкалібрована вздовж її довжини на мілілітри і їх долі, з скляним краном на нижньому кінці, або резиновою трубкою з кулькою (рис 4).

а б

Рис 4 Бюретки (а), відлік виконується тільки за нижнім меніском.

Найбільш часто використовують бюретки місткістю 25мл, 50мл. Бюретки місткістю 100мл мають поділки по 0,2мл. Бюретки місткістю меншої за 10мл (мікробюретки) поділені на соті долі мілілітра і мають спеціальні пристосування для заповнення їх розчином. Цифрами нумерують тільки великі поділки.

У випадку прозорих розчинів відлік виконують за нижньою частиною меніску (рис 5а). При вимірюванні об’ємів забарвлених і темних розчинів відраховують за самою верхньою межою розчину (рис 5б). яка добре розглядається у відбиваному світлі на фоні білого екрану.

Рис 5 Відлік по бюретці з допомогою чорного (а) і білого (б) екрану.

Правила використання бюреток наступні.

1. Працювати слід з завжди з чистою бюреткою.

2. Бюретка закріплюється на штативі вертикально.

3. Перед кожним виливанням (титруваннм) доливати розчин до нульової мітки.

4. Встановлення рівня на нульовій поділці і відлік об’єму, що виливається виконується однією тією ж людиною.

5. При наявності повітря в бюретці з рідиною, допускається груба помилка.

6. Рідина з бюретки випускається дуже повільно.

7. При використанні нової бюретки, або після ремонту, встановлюється об’єм краплі. Для цього встановлюється рівень рідини до нульової поділки, відпускається 100 крапель. Визначається за шкалою кількість об’єму, ділиться на 100 і отримується об’єм одної краплі.

Вимірювальні циліндри

Для приблизних вимірювань об’ємів розчинів служать вимірювальні циліндри. Чим ширший циліндр. Тим менша його точність. Відповідно не варта вимірювати великими циліндрами малі об’єми.

Дуже зручні циліндри у лабораторній практиці, що відкалібровані на виливання і вливання (різні шкали) (рис 6).

        а                                                                                       б                                        в

Рис 6 Відлік по бюретці в залежності від положення ока (а). Вимірювальний циліндр, калібрований на виливання і вливання (б). Протирання крану фільтрувальним папером (в).

Мензурки

Мензурки відрізняються від циліндрів формою конусу. Так як діаметр мензурок збільшується з низу до верху – їх калібрують тільки на вливання, відносна помилка вимірювання ними різних об’ємів приблизно однакова.

Калібруванням називають нанесення на новий вимірювальний сосуд мітки, що відповідає певному об’єму.

Повіркою, перевіркою вимірювальних сосудів називають встановлення правильносіт вже нанесеної на посуд мітки.

Якщо місткість посуду міняється з температурою, то якщо аналітик користується мірними засобами не при тій температурі, при якій вони калібрувалися, то виникають похибки з можливими знаками «+» і «-».

Якщо весь вимірювальний посуд відкалібрований при однаковій температурі і змінюють свої місткості відносно однаково, то використання їх приводить до однакових відносних помилок, і при цьому похибки взаємно скоротчуються.

Таким чином, вимірювання об’єму у об’ємному аналізі є зручним способом відбирати потрібні точно відомі вагові кількості речовини, на зважування яких необхідно багато часу. Очевидно, що якщо би колба і піпетка пропорційно змінили б свої об’єми, то при вказаній операції у кожній взятій піпеткою порції розчину все рівно вміщалося би 0.1 г наважки, тобто похибка колби і похибка піпетки взаємно би скоротчувалася.

Виходячи з таких розрахунків, згідно державних стандартів вимірювальний посуд калібрується при температурі 20⁰С.

Разом з тим, для всього вимірювального посуду похибка, що викликана однаковою зміною температури буде також однаковою, відповідно, вказаний спосіб калібрування дає можливість позбутися важливих помилок у вимірюванні.

А для повірки посуду, використовують таблиці, у яких вказано, скільки грамів води необхідно зважити латунними гирями при даній температурі, щоби вода займала у скляному посуді при температурі 20⁰С об’єм 1л.