Specifická hmotnost, známá také jako relativní hustota, vyjadřuje poměr hustoty dané látky k hustotě vody.
Specifická hmotnost úzce souvisí s hustotou, protože obě veličiny popisují, jak je materiál „hutný“. Měřit je lze u plynů, kapalin i pevných látek.
Specifická hmotnost a hustota se používají k identifikaci materiálů, stanovení koncentrace kapalných roztoků (například obsahu alkoholu nebo cukru v nápojích) a k ověřování, zda výrobky splňují požadované specifikace kvality.
Na této stránce se seznámíte se základy specifické hmotnosti a hustoty.
Hustota vzorku je definována jako jeho hmotnost dělená jeho objemem.
Vzorec pro hustotu:
Specifická hmotnost, známá také jako relativní hustota, se používá k popisu hustoty látky ve srovnání s hustotou vody. Pro výpočet specifické hmotnosti vydělte hustotu vzorku hustotou vody.
Vzorec pro specifickou hmotnost:
Hlavní rozdíl mezi měrnou hmotností a hustotou spočívá v tom, že měrná hmotnost je bezrozměrná, což znamená, že nemá žádné jednotky, zatímco hustota má jednotku (g/cm3, kg/m3, g/mL, oz/US fl, ...).
Měrná hmotnost vám říká, zda něco ve vodě plave, nebo se potápí. Měrná hmotnost nižší než 1 znamená, že vzorek je méně hustý (lehčí) než voda, a proto bude plavat. Například olej s měrnou hmotností 0.825 bude na vodě plavat.
Jak převést měrnou hmotnost na hustotu ?
Měrná hmotnost látky = hustota látky / hustota vody
Příklad (při 20°C):
Hustota vzorku = 1.3265 g/cm3
Hustota vody = 0.9982 g/cm3
Měrná hmotnost vzorku = 1.3265 / 0.9982 = 1.3289
Jak převést hustotu na měrnou hmotnost?
Hustota látky = měrná hmotnost látky x hustota vody
Příklad (při 20°C):
Měrná hmotnost vzorku = 1.0627 g/cm3
Hustota vody = 0.9982 g/cm3
Hustota vzorku = 1. 1.0627 x 0.9982 = 1.0608
Teplota vzorku ovlivňuje jak hustotu, tak specifickou hmotnost. Čím vyšší je teplota, tím větší je objem a tím nižší je hustota. Pokud teplota vzroste, objem se zvětší a hustota klesá. Hmotnost látky se však s teplotou nemění.
Nejvýznamnější výjimkou z tohoto pravidla je kapalná voda, která dosahuje své maximální hustoty při 3,98 ºC. Nad touto hodnotou se objem vody zvětšuje a voda je méně hustá. Opak platí při ochlazování vody.
Protože specifická hmotnost je hustota vzorku dělená hustotou vody, obě hustoty s rostoucí teplotou klesají, ale ne stejnou měrou. Vliv teploty je obvykle pro specifickou hmotnost o něco méně významný než pro hustotu.
Molecule at a given temperature (slight movements) | Same molecules when temperature increases (moving further apart) | Formula |
Existují různé typy přístrojů pro měření specifické hmotnosti i hustoty:
Hustoměr je cenově výhodný přístroj používaný k určení měrné hmotnosti/hustoty kapalin. Je vyroben z foukaného skla a skládá se z baňatého spodku zatíženého olověnými nebo ocelovými broky a dlouhé úzké stupnice.
Hustoměr se ponoří do vzorku kapaliny, dokud nezačne plavat. Hodnota hustoty se odečítá podle stupnice v místě, kde hladina vzorku odpovídá značce na stupnici hustoměru.
Většina hustoměrů měří měrnou hmotnost vzorků: jednoduše řečeno, hustoměr uživateli říká, zda je kapalina hustší nebo méně hustá než voda. V kapalině s vyšší měrnou hmotností, například ve vodě s rozpuštěným cukrem, bude plavat výše než v kapalině s nižší měrnou hmotností, například v čisté vodě nebo alkoholu.
Při používání hustoměru má uživatel dvě možnosti:
Pyknometr, obvykle vyrobený ze skla, je baňka o předem definovaném objemu používaná k měření měrné hmotnosti/hustoty kapaliny. Lze jím také určit měrnou hmotnost/hustotu disperzí, pevných látek a dokonce i plynů.
Při správném použití poskytují pyknometry velmi přesné výsledky s přesností až 10-5 g/cm3 – to odpovídá přesnosti (počtu desetinných míst) použité digitální váhy.
K měření teploty je rovněž zapotřebí teploměr.
Pro zajištění přesných měření pomocí pyknometru je nutné proškolení uživatele.
Přenosné digitální densitometry se používají k rychlému a přesnému určení měrné hmotnosti/hustoty kapalin. Určení hustoty nebo měrné hmotnosti pomocí digitálních přístrojů je založeno na dvou faktorech:
Stolní digitální densitometry používají stejnou technologii jako přenosné digitální densitometry, tedy kmitání U-tvarované skleněné trubice (U-trubice). Navíc jsou vybaveny vestavěnou teplotní regulací Peltier, která přivede vzorek na zvolenou teplotu (např. 20 °C). Rozsah teplotní regulace je od 0 °C do 95 °C. Tyto densitometry mohou dosáhnout přesnosti 0,000005 g/m3 pro hustotu nebo 0,000005 pro měrnou hmotnost.
Některé stolní digitální densitometry lze připojit k řešením pro automatizaci vzorků pro jeden nebo více vzorků, která zajišťují automatické pipetování, oplachování a sušení.
Tyto densitometry lze často rozšířit na specializovaný automatizovaný víceparametrový systém kombinující hustotu, index lomu, pH, barvu, vodivost a další parametry, což šetří čas, zvyšuje kvalitu dat a zabraňuje jakékoli změně vzorků mezi jednotlivými analýzami.
Jednou z výhod digitálních densitometrů využívajících U-tvarovanou skleněnou trubici je malý objem potřebného vzorku (obvykle 1,5 mL), což umožňuje rychlejší dosažení teplotní rovnováhy vzorku.
| Látka | Měrná hmotnost (při 20 °C) | Hustota (při 20 °C) |
| Dodekan | 0.746 | 0.745 g/cm3 |
| Ammoniak | 0.772 | 0.771 g/cm3 |
| Ropa | 0.791 | 0.790 g/cm3 |
| Voda | 1.000 | 0.998 g/cm3 |
| 2,4-dichlorotoluen | 1.251 | 1.249 g/cm3 |
| Glycerin | 1.261 | 1.259 g/cm3 |
| 1-bromonaftalen | 1.484 | 1.481 g/cm3 |
| Rtuť | 13.618 | 13.593 g/cm3 |
| Látka | MH (při 15 °C) | Hustota (při 15 °C) | MH (při 25 °C) | Hustota (při 25 °C) |
| Dodekan | 0.753 | 0.752 g/cm3 | 0.747 | 0.745 g/cm3 |
| Voda | 1.000 | 0.999 g/cm3 | 1.000 | 0.997 g/cm3 |
| 2,4-dichlorotoluen | 1.255 | 1.254 g/cm3 | 1.248 | 1.244 g/cm3 |
| 1-bromonaftalen | 1.487 | 1.486 g/cm3 | 1.480 | 1.476 g/cm3 |
Měrná hmotnost vzduchu je při 20 °C a atmosférickém tlaku 101,325 kPa (tj. na úrovni moře) 0,00121. Tento tlak se mění s počasím (nižší tlak, když prší nebo sněží) a s nadmořskou výškou (nižší tlak ve vyšší nadmořské výšce než na úrovni moře). Například v nadmořské výšce 440 m n. m. je atmosférický tlak (roční průměr) pouze 96,12 kPa a průměrná měrná hmotnost vzduchu při 20 °C je 0,00114.
Měrná hmotnost vody je při 20° 1,00000. Upozorňujeme, že hustota vody se s teplotou mění. Od 0 °C do 4 °C (kde je téměř 1) roste a poté od 4 °C do vyšších teplot klesá. Měrná hmotnost vody se však s teplotou nemění; zůstává stále 1,00000.
Měrnou hmotnost a hustotu lze snadno použít k identifikaci čistého vzorku, protože každá látka má jedinečnou měrnou hmotnost/hustotu. Po měření lze vyhledat měrnou hmotnost/hustotu příslušného vzorku a zjistit, čemu odpovídá.
Množství rozpuštěné látky v rozpouštědle obvykle ovlivňuje hustotu a měrnou hmotnost výsledného roztoku. Měřením měrné hmotnosti řady roztoků se známým, různým množstvím rozpuštěné látky lze určit převodní tabulku nebo vzorec, který pro daný roztok uvádí vztah mezi měrnou hmotností a koncentrací.
Zde jsou některé typické aplikace měření měrné hmotnosti:
