Πυκνότητα
Τα στοιχεία και οι ενώσεις του λίτρου συνδέονται με τις μοναδικές τους πυκνότητες. Η πυκνότητα μιας ύλης είναι ένα από τα φυσικά χαρακτηριστικά της. Με πιο απλά λόγια, το «βαρύ» των αντικειμένων με σταθερό όγκο μπορούμε να πούμε ότι είναι μια ποιοτική μέτρηση της πυκνότητας αυτού του αντικειμένου. Έτσι, μπορεί να ειπωθεί ότι η πυκνότητα μιας ουσίας είναι η πυκνότητά της.
Είναι ο μόνος λόγος που κάποια πράγματα βυθίζονται ενώ άλλα επιπλέουν σε διαφορετικό μέσο. Ένα πολύ συνηθισμένο παράδειγμα, σε αυτή την περίπτωση, είναι αυτό ενός μπαλονιού ηλίου που επιπλέει στον αέρα. Αυτό συμβαίνει επειδή το αέριο ήλιο είναι λιγότερο πυκνό σε σύγκριση με τον αέρα στην ατμόσφαιρα. Έτσι, ένα μπαλόνι ηλίου μπορεί να επιπλέει στον αέρα.
Ορισμός της πυκνότητας
Η πυκνότητα ενός αντικειμένου είναι ο λόγος μεταξύ της μάζας του και ανά μονάδα όγκου. Περιγράφει πόσο πυκνό είναι το υλικό σε μια καθορισμένη περιοχή. Ο Έλληνας επιστήμονας Αρχιμήδης ήταν αυτός που έθεσε αυτή την έννοια που εφαρμόζεται τόσο ευρέως σε διάφορους τομείς.
Το σύμβολο της πυκνότητας ενός αντικειμένου είναι D ή ρ. Ο τύπος που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της πυκνότητας ενός αντικειμένου εκφράζεται ως
ρ =m/v
Εδώ, ρ =η πυκνότητα του αντικειμένου,
m =η μάζα του αντικειμένου και
V =ο όγκος του αντικειμένου
Μονάδα πυκνότητας
Η πυκνότητα είναι μια ποσοτική μέτρηση της συμπαγούς ενός αντικειμένου. Επομένως, πρέπει να εκφραστεί σε μονάδες. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν πολλές μονάδες πυκνότητας.
Η μονάδα πυκνότητας SI είναι kg/m³. Για ευκολία στη χρήση, η μονάδα που χρησιμοποιείται για την έκφραση της πυκνότητας του αερίου είναι g/cm³. Ομοίως, για υγρά, g/ml, και για αέρια, g/L χρησιμοποιείται για ευκολία.
Στο σύστημα CGS, η πυκνότητα μετριέται σε γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό (g/cm3).
Υπάρχουν και άλλες μονάδες για την έκφραση της πυκνότητας. Ωστόσο, δεν αποτελούν μέρος του συστήματος μονάδων SI. Αυτές οι μονάδες δηλώνονται ως εξής –
- γραμμάριο ανά κυβικό εκατοστό (g/cm3)
- 1 g/cm3 =1000 kg/m3
- κιλό ανά κυβικό δεκατόμετρο (kg/dm3)
- γραμμάριο ανά χιλιοστόλιτρο (g/mL)
- μετρικός τόνος ανά κυβικό μέτρο (t/m3)
- κιλό ανά λίτρο (kg/L)
Πυκνότητες ορισμένων κοινών στοιχείων και ενώσεων
Η πυκνότητα ορισμένων κοινών ουσιών δηλώνεται ως εξής –
| Ουσία | Πυκνότητα (σε g/ml) |
| Αλουμίνιο, Al | 2,70 |
| Σίδηρος, Fe | 7,80 |
| Πευκόξυλο | 0,35 -0,50 |
| Νερό | 1.00 |
| Gold, Au | 19.30 |
| Υδράργυρος, Hg | 13.5 |
| Αλάτι, NaCl | 2.16 |
Εφαρμογή της πυκνότητας
Η πυκνότητα μιας ουσίας είναι μια τέτοια φυσική ιδιότητά της που έχει πολλές εφαρμογές γύρω από τη χρήση. Μάλλον το συναντάμε καθημερινά χωρίς να το γνωρίζουμε. Ας συζητήσουμε μερικές από τις κοινές εφαρμογές του στα ακόλουθα σημεία –
Αεροπλάνα
Αν και η κύρια δύναμη που βοηθά το αεροπλάνο είναι η πίεση και η ταχύτητα, η πυκνότητα παίζει επίσης σημαντικό ρόλο σε αυτό. Η κατανομή βάρους του αεροσκάφους έχει σχεδιαστεί με τρόπο που να κάνει την πυκνότητά του να μην είναι ομοιόμορφη. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το κέντρο μετατόπισης της μάζας.
Πλοία και υποβρύχια
Είναι ήδη γνωστό σε εμάς ότι αν ένα αντικείμενο έχει μικρότερη πυκνότητα από το νερό, τότε θα επιπλέει. Αν είναι πιο πυκνό από το νερό, θα βυθιστεί. Δεξαμενές έρματος που περιέχουν αέρα εγκαθίστανται σε πλοία που βοηθούν στη μείωση της πυκνότητας του πλοίου και έτσι επιπλέει. Από την άλλη πλευρά, τα υποβρύχια γεμίζουν τις δεξαμενές έρματος τους με νερό για να βυθιστούν από κάτω όταν απαιτείται.
Καθαρισμός αντικειμένων
Πολλά μείγματα κατασκευάζονται για να επιπλέουν στο νερό για να αναγνωρίζουν και να διαχωρίζουν τα διαφορετικά αντικείμενα ανάλογα με τη μεταβαλλόμενη πυκνότητα.
Υδραυλικό σύστημα
Κατά τον σχεδιασμό φραγμάτων και μεγάλων υδραυλικών έργων, οι μηχανικοί χρησιμοποίησαν ευρέως το εργαλείο της πυκνότητας για την εκτίμηση ορισμένων πτυχών.
Πετρελαιοκηλίδες
Οι πετρελαιοκηλίδες είναι επικίνδυνες για τη θαλάσσια ζωή. Επειδή το λάδι επιπλέει στο νερό, διευκολύνει τον καθαρισμό.
Μέτρηση πυκνότητας
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η πυκνότητα μετριέται με τον τύπο
ρ =m/v
Παράδειγμα 1:Βρείτε την πυκνότητα, σε g/cm3, ενός μεταλλικού κύβου με μάζα 55,0 g και μήκος άκρης 2,70 cm.
Λύση:Μήκος άκρης του κύβου =2,70cm
- ο όγκος (V) =(2,70 cm)3
=19,7 cm3
Τώρα που γνωρίζουμε την ένταση,
Πυκνότητα (ρ) του κύβου =55,0/19,7 g/ cm3
=2,80 g/cm3
Παράδειγμα 2:Η πυκνότητα του μολύβδου είναι 11,342 g/cc. Ποιος θα ήταν ο όγκος ενός δείγματος 120,0 g αυτού του μετάλλου;
Λύση:Πυκνότητα =11,342 g/cc
Μάζα =120,0 g
- Όγκος =11.342/120.0 cc ή cm3
=0,0945 cc ή cm3
Παράδειγμα 3:Πόσα κιλά υδραργύρου θα γεμίσουν ένα δοχείο 5 λίτρων εάν η πυκνότητα του υδραργύρου είναι 13,6 γραμμάρια/εκατοστό³;
Λύση:Το δοχείο χωράει 5 λίτρα νερού.
Πυκνότητα υδραργύρου =13,6 g/cc
- Μάζα υδραργύρου =13,6 g/cc ÷ 5 l
=68 kg
Συμπέρασμα
Η πυκνότητα είναι μια σημαντική έννοια στη χημεία. Χρησιμοποιείται σε διάφορες πτυχές της ζωής. Ακόμη και ο σχηματισμός νεφών λειτουργεί σε αυτόν τον μηχανισμό. Φαρμακευτικές εταιρείες, χημικές, πετροχημικές, ακόμη και βιομηχανίες τροφίμων και ποτών μετρούν συχνά την πυκνότητα των διαφόρων πρώτων υλών που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή τους.
