Χημεία Γραφικών Τεχνών (Ε) Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας Χημεία Γραφικών Τεχνών (Ε) Ενότητα 10: Μέτρηση πυκνότητας υγρών σωμάτων (Εφαρμογή: ισοπροπυλική αλκοόλη λιθογραφικού διαλύματος ύγρανσης) Δρ. Σταματίνα Θεοχάρη Καθηγήτρια Εφαρμογών Τμήμα Γραφιστικής/Κατεύθυνση Τεχνολογίας Γραφικών Τεχνών Το περιεχόμενο του μαθήματος διατίθεται με άδεια Creative Commons εκτός και αν αναφέρεται διαφορετικά Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Θεωρητικό μέρος Πυκνότητα ενός σώματος είναι η μάζα που περιέχεται στη μονάδα του όγκου του σώματος και δίνεται από τη σχέση d=m/V, όπου m η μάζα και V ο όγκος του σώματος. Οι μονάδες πυκνότητας είναι το g.mL , το kg/L και το g/L (αέρια). Η πυκνότητα εξαρτάται από την θερμοκρασία και γι΄αυτό το λόγο μετριέται στους 20° C (μέση θερμοκρασία δωματίου). Η πυκνότητα των υγρών μετριέται με τα αραιόμετρα και πυκνόμετρα, καθώς και με τη λήκυθο.

Σκοπός Σκοπός της άσκησης είναι η εκμάθηση της χρήσης των πυκνομέτρων και αραιομέτρων, των διορθωτικών πινάκων, της κατασκευής γραφικών παραστάσεων, καθώς και της χρήσης της μεθόδου της ληκύθου για την εύρεση της πυκνότητας.

Απαιτούμενα όργανα και υλικά (1 από 2) Πυκνόμετρα Baume, Αραιόμετρα (g/mL), Ογκομετρικοί κύλινδροι 250 mL, Θερμόμετρα, Υδατικά διαλύματα NaOH, Υδατικά διαλύματα οινοπνεύματος, Λήκυθος ή ογκομετρική φιάλη των 50 mL.

Απαιτούμενα όργανα και υλικά (2 από 2) taobaoshoppingagent.com “Hydrometer”, από Katpatuka διαθέσιμο ως κοινό κτήμα

Πειραματική διαδικασία (α’ μέρος) (1 από 2) Παρασκευάζουμε υδατικά διαλύματα NaOH με διάφορες περιεκτικότητες (πυκνότητας μεγαλύτερης από 1 g/mL. Τα πυκνόμετρα Baume μετρούν πυκνότητες μεγαλύτερες από 1 – σε βαθμούς Be, ενώ τα αραιόμετρα πυκνότητες μικρότερες από 1 g/mL). Γεμίζουμε ογκομετρικούς κυλίνδρους με τα διαλύματα αυτά, μέχρι τα 2/3 του ύψους τους. Αφήνουμε το υγρό να ηρεμήσει, ώστε να απομακρυνθούν οι φυσαλίδες του αέρα.

Πειραματική διαδικασία (α’ μέρος) (2 από 2) Βυθίζουμε αργά και κατακόρυφα το πυκνόμετρο μέσα στο διάλυμα, το στρίβουμε ώστε να μην αγγίζει τα τοιχώματα του κυλίνδρου και ταυτόχρονα βυθίζουμε το θερμόμετρο, που επίσης, δεν πρέπει να έρθει σε επαφή με τα τοιχώματα. Σημειώνουμε την θερμοκρασία και την ένδειξη του πυκνομέτρου. (Επιλέγουμε το πυκνόμετρο με την κλίμακα που μας ενδιαφέρει, πχ. 0-10 Be, 10-20 Be, κτλ.) Αν η θερμοκρασία είναι 20° C οι ενδείξεις του πυκνομέτρου είναι ακριβείς. Διαφορετικά, γίνονται διορθώσεις με τη βοήθεια πινάκων ή συντελεστών.

Πειραματική διαδικασία (β’ μέρος) (1 από 3) Παρασκευάζουμε υδατικά διαλύματα οινοπνεύματος με διαφορετικές περιεκτικότητες, με πυκνότητες μικρότερες από 1 g/mL. Στην περίπτωση των αλκοολικών διαλυμάτων μετράμε σε αλκοολικούς βαθμούς (°C). Δηλαδή σε mL οινοπνεύματος στα 100 mL διαλύματος. Γεμίζουμε τους ογκομετρικούς κυλίνδρους και βυθίζουμε μέσα τα αραιόμετρα, όπως κάναμε αντίστοιχα με τα πυκνόμετρα στο α΄μέρος της άσκησης. Σημειώνουμε τις ενδείξεις του θερμομέτρου και του αραιομέτρου. Εάν χρειάζεται κάνουμε διορθώσεις.

Πειραματική διαδικασία (β’ μέρος) (2 από 3) Πίνακας εύρεσης των βαθμών αλκοόλης από την πυκνότητα και τη θερμοκρασία του διαλύματος. Ε\°C 10 12 14 15 16 18 20 0,841 89,3 88,7 88,2 88,0 87,7 0,838 90,2 89,7 89,2 89,0 0,834 91,4 90,9 90,4 89,9 89,4 88,9 0,831 92,3 91,8 91,3 91,1 90,3 89,8 0,827 93,4 92,9 92,4 92,2 92,0 91,5 91,0 0,822 94,8 94,3 93,8 93,6 0,819 95,5 95,1 94,6 94,4 94,2 93,7 93,3 0,816 96,2 95,8 95,4 95,2 95,0 94,5 94,1 0,812 97,2 96,8 96,4 96,0 95,6 0,804 98,9 98,5 98,2 98,0 97,8 97,4 97,1 0,797 - 100 99,7 99,5 99,3 99,0 98,6 0,795 99,8 99,4

Πειραματική διαδικασία (β’ μέρος) (3 από 3) Από τις παραπάνω μετρήσεις κατασκευάζουμε διαγράμματα και για τις δυο σειρές των διαλυμάτων (NaOH και οινοπνεύματος). Τα διαγράμματα που κατασκευάζονται είναι διαγράμματα πυκνότητας σε σχέση με την περιεκτικότητα των διαλυμάτων. Από αυτά μπορούμε να προσδιορίσουμε την πυκνότητα κάποιου άγνωστου διαλύματος NaOH ή οινοπνεύματος, με τη μέτρηση της πυκνότητάς του και μόνο, με τη βοήθεια πυκνομέτρου ή αραιομέτρου.

Λήκυθος Ζυγίζουμε την ογκομετρική φιάλη ή το ειδικό φιαλίδιο πρώτα κενό και μετά γεμάτο νερό. Στη συνέχεια, επαναλαμβάνουμε τη ζύγιση με τη φιάλη γεμάτη από το διάλυμα, που θέλουμε να πυκνομετρήσουμε και βρίσκεται στην ίδια θερμοκρασία. Στο τέλος, διαιρούμε το βάρος του διαλύματος με το καθαρό βάρος του νερού ίσου όγκου και βρίσκουμε την πυκνότητα.

Εφαρμογή (1 από 3) Μέτρηση της συγκέντρωσης της ισοπροπυλικής αλκοόλης που περιέχεται σε ένα λιθογραφικό διάλυμα ύγρανσης: Όπως είναι γνωστό, ένα λιθογραφικό διάλυμα ύγρανσης περιέχει εκτός των άλλων, συστατικά για τη ρύθμιση του pH, πρόσθετα (πχ. μυκητοκτόνα) και οπωσδήποτε ισοπροπυλική αλκοόλη (για την μείωση της επιφανειακής τάσης, τη ρύθμιση του ιξώδους του διαλύματος και τη διατήρηση της ισορροπίας μελανιού/νερού). Η μέτρηση μπορεί να γίνει με πυκνόμετρο που δείχνει κατευθείαν την % κ.β. περιεκτικότητα της αλκοόλης (hydrometer).

Εφαρμογή (2 από 3) Με τη βοήθεια της ελαστικής φούσκας αναρροφάται αλκοολικό διάλυμα ώστε να μπορεί το πυκνόμετρο να επιπλέει ελεύθερα, χωρίς να έρχεται σε επαφή με τον πυθμένα ή το κλείσιμο της φούσκας. Κρατάμε τη συσκευή κατακόρυφα, ενώ εμποδίζουμε τη δημιουργία φυσαλίδων κρατώντας το δάκτυλο στην έξοδο και περιμένουμε να εξαφανιστούν όλες οι μικρές φυσαλίδες αέρα. Ελέγχουμε τη θερμοκρασία και διαβάζουμε την ένδειξη του πυκνομέτρου. Επειδή, όμως, η προσθήκη της αλκοόλης γίνεται συνήθως ογκομετρικά, χρειαζόμαστε τον όγκο κι όχι τη μάζα της. Έτσι, πρέπει να μετατρέψουμε την περιεκτικότητα από % κ.β. σε % κ.ο.

Εφαρμογή (3 από 3) Πίνακας μετατροπής της περιεκτικότητας μιας αλκοόλης με πυκνότητα 0,785 από %κ.β. σε %κ.ο. % κ.β. % κ.ο. 1 1,27 2 2,55 3 3,82 4 5,10 5 6,37 6 7,64 7 8,92 8 10,03 9 11,46 10 12,74 11 14,01 12 15,29 13 16,56 % κ.β. % κ.ο. 14 17,83 15 19,11 16 20,38 17 21,66 18 22,93 19 24,20 20 25,48 21 26,75 22 28,03 23 29,30 24 30,57 25 31,85

Βιβλιογραφία (1 από 2) Χημεία Γραφικών Τεχνών, Ν. Καρακασίδη, εκδ. ΙΩΝ, Αθήνα 2005 Γενική Χημεία, D. Ebbing, S. Gammon, εκδ. Τραυλός, Αθήνα, 2011 Χημεία, Εισαγωγικές Έννοιες, Ε. Λυμπεράκη, εκδ. Αλτιντζή, 2009 Χημεία για Τεχνολόγους, Φ. Νόμπελη, εκδ. ΙΩΝ, Αθήνα, 2003 Διδακτική της Χημείας ΙΙ, Γιούρη-Τσοχατζή, Μανουσάκης, Θεσ/κη, 1994

Βιβλιογραφία (2 από 2) Εργαστηριακές ασκήσεις Χημείας, Ν. Καρακασίδη, ΤΕΙ Αθήνας, 1997 Εργαστηριακές ασκήσεις Χημικής & Περιβ. Τεχνολογίας, Ε. Φουντουκίδης, εκδ. Πουκαμισάς, 2009 Σημειώσεις Εργαστηρίου Ηλεκτροχημείας, Σ. Καλογεροπούλου, ΤΕΙ Πειραιά, 2000 Σημειώσεις Εργαστηρίου «Επιφανειακή επεξεργασία και χρωματισμός των υλικών», Ε. Τσαγκαράκη – Καπλάνογλου, Ε.Κ.Π.Α. 2006

Τέλος Ενότητας

Σημειώματα

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Αθήνας, Σταματίνα Θεοχάρη 2014. Σταματίνα Θεοχάρη. «Χημεία Γραφικών Τεχνών (Ε). Ενότητα 10: Μέτρηση πυκνότητας υγρών σωμάτων (Εφαρμογή: ισοπροπυλική αλκοόλη λιθογραφικού διαλύματος ύγρανσης)». Έκδοση: 1.0. Αθήνα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: ocp.teiath.gr.

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/από-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.