Specifična gostota, znana tudi kot relativna gostota, meri gostoto snovi v primerjavi z gostoto vode.
Specifična gostota je povezana z gostoto, saj sta obe fizikalni lastnosti, ki se uporabljata za določanje, kako »gosta« je določena snov. Ta snov je lahko plin, tekočina ali trdna snov.
Specifična gostota in gostota se uporabljata za identifikacijo snovi, določanje koncentracije tekoče raztopine npr. alkohola ali sladkorja v pijači) ali preverjanje, ali izdelek ustreza specifikacijam.
Ta stran bo obravnavala osnovne pojme specifične gostote in gostote.
Gostota vzorca je definirana kot njegova masa, deljena z njegovim volumnom.
Formula za gostoto:
Specifična teža, znana tudi kot relativna gostota, se uporablja za opis gostote snovi v primerjavi z gostoto vode. Za izračun specifične teže delite gostoto vzorca z gostoto vode.
Formula za specifično težo:
Glavna razlika med specifično gostoto in gostoto je, da je specifična gostota brezrazsežna, kar pomeni, da nima enot, medtem ko ima gostota enoto (g/cm3, kg/m3, g/mL, oz/US fl, ...).
Specifična gostota pove, ali nekaj plava ali tone v vodi. Specifična gostota pod 1 pomeni, da je vzorec manj gost (lažji) od vode in bo zato plaval. Na primer, olje s specifično gostoto 0,825 bo plavalo na vodi.
Kako pretvoriti specifično gostoto v gostoto ?
Specifična gostota snovi = gostota snovi / gostota vode
Primer (pri 20 °C):
Gostota vzorca = 1.3265 g/cm3
Gostota vode = 0.9982 g/cm3
Specifična gostota vzorca = 1.3265 / 0.9982 = 1.3289
Kako pretvoriti gostoto v specifično gostoto?
Gostota snovi = specifična gostota snovi x gostota vode
Primer (pri 20 °C):
Specifična gostota vzorca = 1.0627 g/cm3
Gostota vode = 0.9982 g/cm3
Gostota vzorca = 1. 1.0627 x 0.9982 = 1.0608
Temperatura vzorca vpliva tako na gostoto kot na specifično težo. Višja kot je temperatura, večji je volumen in manjša je gostota. Če se temperatura poveča, se volumen poveča, gostota pa zmanjša. Vendar pa se masa snovi s temperaturo ne spremeni.
Najizrazitejša izjema od tega pravila je tekoča voda, ki doseže največjo gostoto pri 3,98 ºC; nad to točko se volumen vode poveča in postane manj gosta. Nasprotno velja, ko se voda ohlaja.
Ker je specifična teža gostota vzorca, deljena z gostoto vode, se bosta ob naraščajoči temperaturi obe gostoti zmanjšali, vendar ne za enako mero. Učinek temperature je običajno pri specifični teži nekoliko manj pomemben kot pri gostoti.
Molecule at a given temperature (slight movements) | Same molecules when temperature increases (moving further apart) | Formula |
Obstajajo različne vrste instrumentov za merjenje tako specifične teže kot gostote:
Densimeter je cenovno učinkovit instrument, ki se uporablja za določanje specifične teže/gostote tekočin. Izdelan je iz pihanega stekla, sestavlja pa ga spodaj zaobljen del, obtežen s svinčenim ali jeklenim strelom, ter dolga, ozka cevka s skalo.
Densimeter se potopi v vzorec tekočine, dokler ne začne plavati. Odčitek gostote se opravi z odčitavanjem skale, kjer se nivo vzorca tekočine poravna z oznako na skali densimetra.
Večina densimetrov meri specifično težo vzorcev: preprosto povedano, densimeter uporabniku pove, ali je tekočina gostejša ali manj gosta od vode. V tekočini z večjo specifično težo, kot je voda z raztopljenim sladkorjem, bo plaval višje kot v tekočini z manjšo specifično težo, na primer v čisti vodi ali alkoholu.
Pri uporabi densimetra ima uporabnik dve možnosti:
Običajno izdelan iz stekla je piknometer bučka v vnaprej določenem volumnu, ki se uporablja za merjenje specifične teže/gostote tekočine. Z njim je mogoče določiti tudi specifično težo/gostoto disperzij, trdnih snovi in celo plinov.
Ob pravilni uporabi piknometri zagotavljajo zelo natančne rezultate, z natančnostjo do 10-5 g/cm3 – to ustreza natančnosti (številu decimalnih mest) uporabljene digitalne tehtnice.
Za merjenje temperature je potreben tudi termometer.
Za zagotavljanje natančnih meritev s piknometrom je potrebno usposabljanje uporabnika.
Prenosni digitalni merilniki gostote se uporabljajo za hitro in natančno določanje specifične teže/gostote tekočin. Določanje gostote ali specifične teže z digitalnimi merilniki temelji na dveh dejavnikih:
Namizni digitalni merilniki gostote uporabljajo enako tehnologijo kot prenosni digitalni merilniki gostote, in sicer nihanje steklene cevke v obliki črke U (U-cevke). Poleg tega imajo vgrajen Peltierjev nadzor temperature, ki vzorec pripelje na izbrano temperaturo (npr. 20 °C). Nadzor temperature lahko obsega od 0 °C do 95 °C. Ti merilniki gostote lahko dosežejo natančnost 0,000005 g/m3 za gostoto oziroma 0,000005 za specifično težo.
Nekatere namizne digitalne merilnike gostote je mogoče povezati z rešitvami za avtomatizacijo vzorcev za posamezne ali več vzorcev, ki omogočajo avtomatizirano jemanje vzorcev, izpiranje in sušenje.
Te merilnike gostote je pogosto mogoče nadgraditi v namenski avtomatiziran večparametrski sistem, ki združuje gostoto, lomni količnik, pH, barvo, prevodnost in še več, kar prihrani čas, poveča kakovost podatkov in prepreči kakršno koli spremembo vzorcev med posameznimi analizami.
Ena od prednosti digitalnih merilnikov gostote, ki uporabljajo stekleno cevko v obliki črke U, je majhen potreben volumen vzorca (običajno 1,5 mL), kar omogoča hitrejše temperaturno uravnoteženje vzorca.
| Snov | Specifična teža (pri 20°C) | Gostota (pri 20°C) |
| Dodekan | 0.746 | 0.745 g/cm3 |
| Amoniak | 0.772 | 0.771 g/cm3 |
| Surova nafta | 0.791 | 0.790 g/cm3 |
| Voda | 1.000 | 0.998 g/cm3 |
| 2,4-diklorotoluen | 1.251 | 1.249 g/cm3 |
| Glicerin | 1.261 | 1.259 g/cm3 |
| 1-bromonaftalen | 1.484 | 1.481 g/cm3 |
| Živo srebro | 13.618 | 13.593 g/cm3 |
| Snov | SG (pri 15°C) | Gostota (pri 15°C) | SG (pri 25°C) | Gostota (pri 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-diklorotoluen | 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 |
Specifična teža zraka je 0.00121 pri 20°C in pri atmosferskem tlaku 101.325 kPa (tj. na morski gladini). Ta tlak se spreminja glede na vreme (nižji tlak, ko dežuje ali sneži) in z višino (na večji nadmorski višini je tlak nižji kot na morski gladini). Na primer, na nadmorski višini 440 m nad morsko gladino je atmosferski tlak (letno povprečje) le 96.12 kPa, povprečna specifična teža zraka pri 20°C pa je 0.00114.
Specifična teža vode je 1.00000 pri 20°. Upoštevajte, da se gostota vode spreminja s temperaturo. Od 0°C do 4°C narašča (kjer je skoraj 1), nato pa od 4°C do višjih temperatur upada. Vendar se specifična teža vode s temperaturo ne spreminja; še vedno bo enaka 1.00000.
Specifično težo in gostoto je mogoče zlahka uporabiti za prepoznavanje čistega vzorca, saj ima vsaka snov edinstveno specifično težo/gostoto. Po meritvi je mogoče specifično težo/gostoto zadevnega vzorca poiskati in ugotoviti, s čim se ujema.
Količina topljenca v topilu običajno vpliva na gostoto in specifično težo nastale raztopine. Z merjenjem specifične teže niza raztopin z znanimi različnimi količinami raztopljenega topljenca je mogoče najti pretvorbeno tabelo ali formulo, ki povezuje specifično težo s koncentracijo za dano raztopino.
Tukaj je nekaj tipičnih uporab merjenja specifične teže:
