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Zustandsgrößen und Zustandsänderungen

Dichte

Die Dichte ρ ist definiert als Quotient der Masse m und des Volumens V einer gegebenen Stoffportion:

ρ = m V

Die Dichte ist eine intensive Zustandsgröße. Sie ist ebenso wie das Volumen abhängig von Druck und Temperatur. Ihre experimentelle Bestimmung erfolgt am einfachsten mit einem Pyknometer.

Abb.1
Pyknometer

Ein Pyknometer P ist ein Glaskolben, der mit einem eingeschliffenen Glasstopfen S mit Kapillarbohrung verschlossen wird (Abb. 1) . Es wird typischerweise bei 25 °C auf 50 oder 100 mL inklusive Kapillarvolumen geeicht. Die Dichte einer Flüssigkeit F wird wie folgt bestimmt. Nach sorgfältiger Reinigung und Trocknung bei höheren Temperaturen wägt man P + S bei 25 °C . Dann ist P mit der zu untersuchenden Flüssigkeit blasenfrei zu füllen (P schräg halten, damit F an der Innenwand herunterfließt). Die Menge von F muss so gewählt sein, dass nach Aufsetzen von S noch ein wenig F durch die Kapillare austritt (mit Fließpapier entfernen!). Erneute Wägung ergibt die Masse P + S + F. Die gesuchte Dichte ergibt sich als Quotient der Massendifferenz und des Volumens von P (50 bzw. 100 mL , siehe oben). Soll die Dichtemessung nicht bei der Eichtemperatur erfolgen, muss zusätzlich das Volumen von P mit einer Flüssigkeit bekannter Dichte bestimmt werden.

Tab.1
Beispiel: Dichte von Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen
t / °C 0 1 2 3 4
ρ / kg dm3 0,999841 0,999900 0,999941 0,999965 0,999973
t / °C 5 6 7 8 9
ρ / kg dm3 0,999965 0,999941 0,999902 0,999849 0,999782
t / °C 10 11 12 13 14
ρ / kg dm3 0,999701 0,999606 0,999498 0,999377 0,999224
t / °C 15 16 17 18 19
ρ / kg dm3 0,999099 0,998943 0,998775 0,998596 0,998406
t / °C 20 21 21 23 24
ρ / kg dm3 0,998205 0,997994 0,997772 0,997540 0,997299
t / °C 25 26 27 28 29
ρ / kg dm3 0,997047 0,996785 0,996515 0,996235 0,995946

Dichte unregelmäßig geformter oder körniger Feststoffe

Ein Pyknometer eignet sich auch zur Volumenbestimmung unregelmäßig geformter oder körniger Feststoffe. Hier wird zunächst das Pyknometer mit der festen Probe beschickt und gewogen. Nach Auffüllen mit einer Flüssigkeit bekannter Dichte wird die Gesamtmasse bestimmt. Aus den dann bekannten Volumina von Pyknometer und Flüssigkeit folgt das Volumen des Feststoffes. Im Allgemeinen ist die pyknometrisch bestimmte Dichte von Feststoffen infolge von Gitterstörungen in den Kristalliten geringer als die röntgenographisch ermittelte Dichte (auch als Röntgendichte bezeichnet).

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