ГРАДУИРОВКА СТЕКЛЯННОЙ МЕРНОЙ ПОСУДЫ

Каждый уважающий себя химик градуирует мерную химическую посуду самостоятельно. Это вызвано не излишней большой любовью к аккуратности, а насущной необходимостью. По крайней мере, 2 раза в своей жизни я сталкивался с тем, что посуда, изготовленная на заводе, не соответствует техническим нормативам. Самый яркий эпизод был связан с тем, что немецкая стеклянная пипетка на 5 мл обладала погрешностью в 0,4 мл. После градуировки этой пипетки оказалось, что диаметр пипетки не соответствовал стандарту.

Химическую посуду градуируют следующим образом: в мерную колбу (пипетку) набирают дистиллированную воду до метки, а затем взвешиванием на аналитических весах определяют вес жидкости. Пользуясь справочными данными о плотности воды при различных значениях температуры, рассчитывают объем взвешенной жидкости.

После этого расчеты не заканчиваются, так как принято пересчитывать объем жидкости к тому объему, который бы занимала бы жидкость при температуре 20⁰С. При этом учитывается то обстоятельство, что химическое стекло при изменении температуры расширяется или сжимается.

Результаты взвешивания тоже нуждаются тоже в коррекции. Дело в том, что в процессе взвешивания на навеску действует сила Архимеда, которая несколько уменьшает вес навески. Такая же сила действует и на гири весов, хотя и другой величины. В итоге получается, что возникает ошибка взвешивания. Эту ошибку можно учесть.

На плечо весов, помимо веса навески M_в, действует выталкивающая сила равная весу воздуха ρ_воздV_в, где ρ_возд - плотность воздуха; V_в - объем навески. Таким образом, вес навески будет составлять (M_в - ρ_воздV_в)g, где g - ускорение свободного падения. На гири весов действует сила (М_г - ρ_воздV_г)g, где M_г ,V_г - масса и объем гирь весов.

Поскольку коромысло весов находится в положении равновесия, то верно следующее равенство:

M_в - ρ_воздV_в = М_г - ρ_воздV_г или
ρ_вV_в - ρ_воздV_в = М_г - ρ_воздM_гρ_г ,

где ρ_г - плотность материала гирь. (Обычно делают расчет для латунных гирь ρ_г²⁰ = 8,4-8,7 г/см³.)

Продолжая преобразования, получим объем навески воды:

V_в = М_г(1- ρ_возд/ρ _г)/(ρ_в - ρ_возд).

Для того чтобы использовать эту формулу на практике, не хватает учета изменения удельного веса воздуха и гирь от изменения температуры. Восполним этот недостаток:

ρ _г = ρ_г²⁰ (1/ (1+α (t-20))),

где t - температура окружающего воздуха в ⁰C;
α- объемный коэффициент расширения латунных гирь (α = 5,7 10^-5);
ρ _г²⁰ - удельный вес материала гирь при 20 ⁰С.

Для воздуха

ρ_в = ρ_в⁰ P(1+t/273)/760,

где t - температура окружающего воздуха в ⁰C;
P - величина атмосферного давления в мм.рт.ст;
ρ _в⁰ - удельный вес воздуха в нормальных условиях.

В таблице 1 помещены результаты расчетов объемов навески воды весом 1000 г при различных температурах. Расчет учитывал изменение удельных весов воды, воздуха, латунных гирь.

Таблица 1. Объем 1000,00г воды при различных температурах.

Экспериментатора не должно смущать то обстоятельство, что расчет производился для латунных гирь, так как если гири были бы стальные (ρ_г = 7,86 г/см³), то объем изменился бы на 0,01 мл для всего упомянутого в таблице диапазона температур. Приведенные в таблице результаты расчетов справедливы и для весов не "коромыслового" типа, так как на том или ином этапе настройки весов существует процедура взвешивания гирь!

Процедура градуировки будет состоять их следующих этапов: