物理常数测定.docx

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物理常数测定

第三章物理常数的测定

密度、熔点、沸点、闪点、黏度、折射率

Ø任何纯净物的物理性质，如密度、熔点、沸点、闪点、黏度、折射率等在一定条件下都是常数。

Ø上述常数出除了与环境条件（温度、压力等）有关外，还与物质的纯度有关。

1密度的测定

1.1概述

Ø物质的密度是在规定温度下单位体积物质的质量。

一般指20℃

符号：

单位：

kg/m3或g/dm3或g/cm3

Ø相对密度：

20℃时，一定体积物质与等体积纯水在4℃时的质量之比。

符号：

单位：

无

表达式：

1.2固体样品的密度测定

（1）密度瓶法

测定步骤：

称取空密度瓶质量m0→加入适量样品后称量m3→注入部分测定介质，使样品充分润湿后，再加入测定介质充满密度瓶，称取质量m2（20℃

0.5℃水浴，恒温30分钟）→将密度瓶洗净、烘干，充满测定介质，盖严瓶盖（23℃

0.5℃水浴，恒温30分钟），称量m1。

Ø测定介质一般是蒸馏水，也可选二甲苯、煤油等。

Ø加入测定介质时，要先少量介质转微震荡，使样品充分润湿后，再加入测定介质使其充满。

样品与介质中不能有气泡。

Ø若用蒸馏水作为测定介质有悬浮或润湿不好的现象，可加入半滴或一滴润湿剂（磺化油）。

密度瓶体积：

密度瓶中测定介质的体积：

样品密度：

（2）悬挂称量法

本法适用于大块的无定形的固体物质。

原理：

将样品悬挂在天平梁上称其在空气中的质量m1→将样品浸在测定介质中称量，质量为m2,减少的质量等于样品排开的同体积的测定介质的质量。

计算：

单位：

g/cm3

注意事项：

样品和吊篮浸入测定介质中，不能有气泡。

（3）堆积密度

1.3液体样品的密度测定

（1）密度瓶法

密度瓶置于20.0℃±0.1℃水浴中，直到密度瓶的温度计达到20.0℃。

（2）韦氏天平法

测定原理：

在20.0℃时，分别测量浮锤在不及样品中的浮力。

由于浮锤所排开的水体积与所排开的样品体积相同，根据水的密度及浮锤在不与样品中的浮力即可计算出样品的密度。

结果计算：

单位：

g/ml

（3）密度计法

测定原理：

密度计的质量是一定的，当密度计在被测液体中达到平衡状态时，它所排开的液体质量（体积乘以密度），等于密度计本身的质量，因此根据密度计浸入的深度即能读出被测液体的密度。

2熔点测定

2.1概述

每种纯物质都有固定的熔点。

化工生产中常用熔点严鉴定和评价产品质量的优劣。

（1）熔化过程

将固态物质加热，开始时物质温度逐渐上升，当达到某一温度时有液体出现。

从出现第一滴液体开始，在一个相当长的时间内，虽然加热但物质的温度并没有上升，此时液体和固体并节存。

等固体全部熔化后，物质的温度才逐渐上升，此过程称为物质的熔化过程。

熔化过程是一个吸热过程，只有吸收了足够的熔化热，才能从固态转变成液态，温度断续上升。

（2）几个概念

①熔点

在101.325kPa下，由固体变为液体时的温度。

②初熔点

在101.325kPa下，将固体样品升温，开始出现第一滴液体时的温度。

③终熔点

在101.325kPa下，固体完全熔化时的温度。

④熔点范围

固体物质从开始熔化至全部熔化时的温度范围。

⑤熔距

终熔点减去初熔点得到的差值。

（3）影响熔点的因素

物质的熔点是由其本身的性质决定的，分子间的作用力越大，其熔点越高。

①物质的纯度影响熔点，杂质的存在可使熔点降低

②大气压力对熔点有影响

③测定方法及操作技术对熔点有较大影响。

2.2毛细管目视法测定熔点

记录样品的初熔点和终熔点，两次平行测定结果之差，熔点有200℃以下者不应超过0.2℃；熔点在200℃以上者不应超过0.3℃.

常用的传热液体有：

硫酸适用于200℃以下的熔点测定；

丙三醇适用于150℃以下的熔点测定；

液体石蜡适用于150℃以下的熔点测定

硅油150℃以下的熔点测定可选用201型30号甲基硅油；150℃以上的熔点测定可选用201型100号甲基硅油。

硫酸与硫酸钾的混合物适用于200～400℃的熔点的测定。

2.3熔点测定仪法测定熔点

此法对熔化后呈深颜色的样品、熔化后不透明的样品不适用。

3结晶点和凝固点

3.1概述

结晶和凝固都是从液体变成固体，是熔化的逆过程。

通常，生成晶体时叫结晶，生成无定型固体是叫凝固。

结晶点和凝固点也是物质的物理化学常数，也是鉴定和评价产品质量的一种常用方法。

（1）结晶或凝固的过程

将液态物质逐渐降温，开始时温度逐渐下降，当达到一定温度时，就有结晶析出或开始凝固，此时温度会保持一段时间，或温度回升后再保持一段时间，待样品全部变成固体，然后温度继续下降。

（2）基本概念

结晶点：

在规定条件下使液体样品降温，当出现结晶时，在液相中测量到一个恒定温度或回升的最高温度，单位是℃。

凝固点：

在规定条件下，冷却样品到不能流动时的最高温度。

（3）影响结晶点和凝固点的因素

Ø物质的结晶点和凝固点是由本身的结构决定的

Ø每种纯物质都有其固定的结晶点或凝固点

Ø对一种物质而言，纯度越高，结晶点或凝固点也越高

Ø混入杂质后，结晶点或凝固点就会降低，杂质越多，结晶点或凝固点就降低越多。

Ø化工生产中常通过测定结晶点或凝固点严判断产品的质量。

例：

冰醋酸，含量98％凝固点13.1℃

含量99％凝固点14.7℃

含量99.9％凝固点16.5℃

4沸点与沸程测定

4.1概述

Ø液体物质当加热到某一温度时，蒸气分压等于大气压，液体表面和液体内部都开始汽化，这时液体就沸腾了。

Ø液体沸腾的温度就是沸点。

Ø物质的沸点是由物质的分子结构决定的，是物质的物理化学常数之一。

Ø每种纯物质都有其固定的沸点，通过沸点的测定能判断物质的纯度。

纯度越高，沸点越接近理论值。

Ø物质的纯度越高，在沸点温度下蒸馏出液体的体积就越多。

（1）基本概念

①沸点在标准大气压（101.325kPa）下液体沸腾的温度

②沸程在标准大气压（101.325kPa），0℃下蒸馏样品，在规定的温度范围内馏出物的体积

错误概念：

液体开始馏出时和最后一滴时温度计的读数，即是该馏分的沸程（沸点范围）。

③初馏点在规定条件下蒸馏样品，第一滴馏出液从冷凝管末端滴下时的瞬间温度。

④干点在规定条件下蒸馏样品，蒸馏瓶底最后一滴液体蒸发时的瞬时温度。

⑤终馏点在规定条件下蒸馏样品，蒸馏瓶中液体全部蒸发，主温度计上升的最高温度。

⑥沸距干点与初馏点之间的温度差。

（2）影响沸点的因素

①物质的纯度

Ø物质的纯度影响沸点，杂质的含量越高，对沸点的影响也越大。

Ø溶解有无机盐的水比纯水的沸点高

Ø正丁醇中含有乙醇时初馏点会降低，含有已醇时干点也会升高

Ø如果一个样品既含有低沸点杂质，又含有高沸点杂质，则沸距就会拉大

Ø沸距越小的样品纯度越高

②环境温度主要影响水银柱的读数。

温度计校正时是全浸式，整个温度计都处在同样的温度下，而测定样品时，胶塞上部的水银柱是暴露在空气中的，影响温度计的准确读数，必须对此进行校正。

③大气压力大气压力对沸点的影响最重要。

对大气压的校正包括两部分：

温度校正和纬度校正

纬度以45°为基准，低纬度时校正值为负，高纬度时校正值为正。

4.2沸点的测定

4.3沸程的测定

5闪点测定

5.1概述

Ø可燃液体的蒸气与空气混合后，遇到明火引起的瞬间燃烧叫闪燃，能发生闪燃的最低温度叫闪点

Ø闪点由物质本身结构决定。

Ø闪点越低的物质，其燃烧的危险性就越大；闪点越高的物质，就不容易燃烧，安全性就越大

Ø闪点测定方法：

开口杯法和闭口杯法

Ø影响闪点测定的主要因素是大气压。

大气压越低，可燃性液体越容易挥发，达到瞬间闪燃的温度比较低，此时测得的闪点比标准大气压下的闪点低

Ø大气压对开口杯法测定结果的影响比闭口杯法更明显，所以开口杯法的校正值比闭口杯法的校正值要大。

5.2开口杯闪点测定方法

Ø样品的含水量大于0.1％时必须进行脱水处理。

Ø闪点低于100℃的样品不需要加热，直接加入新煅烧并冷却的硫酸钠或无水氯化钙；闪点高于100℃的样品可加热至50～80℃再加入脱水剂，脱水后取上层清液测定。

Ø将脱水后的样品注入清洁干燥的内坩埚，闪点在210℃和210℃以下的样品，加至内坩埚的上刻线；闪点在210℃以上的加至下刻度线。

6黏度测定

6.1概述

Ø黏度是液体流动时内摩擦力的量度，其大小由分子结构及分子之间的作用力决定，作用力大的液体黏度也大。

Ø黏度还与液体的温度有关。

温度升高，液体分子的运动速度加快，动能增大，分子之间的作用力减小，黏度变小；温度降低，黏度增大。

Ø黏度的度量方法分为：

绝对黏度和相对黏度。

动力黏度

Ø绝对黏度

运动黏度

恩氏黏度

相对黏度

雷氏黏度

（1）动力黏度液体在一定剪切力下流动内摩擦力的量度。

当相距1m、面积为1m2的两层液体，以1m/s的速度相对运动，应克服的阻力为1N，则该液体的黏度为1Pa·s

（2）运动黏度运动黏度是液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度。

其值为相同温度下液体的动力黏度与其密度之比，单位为m2/s.

（3）恩氏黏度在试验温度下，200ml样品从恩氏黏度计流出气需的时间与该黏度计的水值之比称恩氏黏度，无单位。

（4）雷氏黏度（此黏度主要在英国和日本沿用）在规定温度60℃或98.9℃时，50ml样品流过雷氏黏度计所需要的时间，单位为s。

（5）塞氏黏度在规定温度下，从塞氏黏度计流出60ml样品所需要的时间，单位为s。

此黏度主要用于美国，美国标准方法为ASTMD88。

6.2运动黏度测定

（1）毛细管黏度计手工测定运动黏度

①测定原理在某一恒定温度下，测量一定体积的液体在重力下流过一个标定好的玻璃毛细管黏度计的时间。

黏度计的毛细管常数与流动时间的乘积，即为该温度下待测液体的运动黏度。

运动黏度用

表示。

运动黏度与同温度下液体密度的乘积，即是该温度下液体的动力黏度，用

表示。

②仪器设备

a.毛细管黏度计：

内径为0.4～0.6mm共13支为一组。

Ø毛细管黏度计又分为乌氏、品氏和奥氏等几种

Ø每支黏度计必须按“毛细管黏度计检定规程”进行检定并确定毛细管常数。

Ø测定是应根据测定温度选用适当的黏度计，使样品的流出时间不少于200s,内径0.4mm的黏度计的流出时间不少于350s.

b.恒温浴

c.温度计水银温度计，分度值为0.1℃并检定合格。

d.秒表分度值为0.1s并检定合格。

③测定步骤

Ø样品如含有水或机械杂质时，测定前必须进行脱水处理，再用滤纸过滤除去机械杂质。

对于黏度大的样品，可用瓷漏斗抽滤，也可以加热到50～100℃进行脱水过滤。

Ø测定样品前，必须把黏度计用溶剂油或石油醚清洗干净，烘干或吹干。

Ø将过滤好的样品通过小漏斗注入黏度计中，把黏度计垂直固定于恒温浴中。

恒温浴中温度计的水银球应在毛细管的中部。

Ø调整好恒温浴的温度，黏度计在恒温浴中稳定10～20min.

Ø一般需重复测定至少4次，记录每次流过的时间。

各次流过时间与其算术平均值的差应符合如下要求：

在15～100℃间，差数不应超过算术平均值的

0.5％；

在—15～100℃间，差数不应超过算术平均值

1.5％；

在低于—30℃测定时，差数不应超过算术平均值的

2.5％；

然后取不少于3个流动时间，求出算术平均值作为样品的平均流动时间。

④结果计算

式中：

——样品的运动黏度，mm2/s

——样品的动力黏度，mPa·s

——样品的平均流动时间，s

——在温度t时的样品密度，g/cm3

c——黏度计的毛细管常数，mm2/s2

6.3动力黏度测定

（1）NDJ-79型旋转黏度计

仪器的性能指标:

测定范围：

1～106mPa·s

基本误差：

（牛顿型液体）

（2）MINIVIS落球法微型动力黏度计

性能指标及特点

测定范围：

0.2～1000mPa·s

温度范围：

0～70℃

操作方法：

可用于实验室分析，也可用于在线分析

6.4恩氏黏度测定

6.5几种黏度的换算

（1）动力黏度

（Pa·s）与运动黏度

（m2/s）的换算

（2）恩氏黏度E与运动黏度

的换算

（3）雷氏黏度R与运动黏度

的换算

当R大于225s时，则用

计算

（4）塞氏黏度S与运动黏度

的换算

②③④⑤⑥⑦

7折射率测定

7.1概述

Ø光从一种介质进入另一种介质时，传播方向会发生偏离，这种现象即是折射。

折射能力的大小用折射率表示。

Ø不同物质对光的折射能力中同，折射能力由物质的分子结构决定。

Ø折射率是在钠光谱D线、20℃条件下，空气中的光速与被测介质中光速之比；或者是光从空气进入被测介质时，入射角正弦与折射角正弦之比。

用

表示

Ø折射率与光的波长及介质的温度有关。

温度升高折射率相应减小。

Ø每种纯物质都有固定的折射率，两种折射率不同的物质混合后，其折射率具有加和性。

Ø