Куда делся спирт? Плотность жидкости. Ареометр

У меня есть рояль? И это не музыкальный инструмент. Это 96% спирт родом из 90-x. Так что сегодня займемся делами менделеевскими… Разбавим его водой.

Берем 100 миллилитров воды, и добавляем туда спирт в таком же объеме. На выходе должно получиться 200 мл разведенного спирта.

Но что-то пошло не так….
И возникает вопрос: «Куда подевался спирт?»

Историческая справка

Спирт в больших литровых бутылках, с надписью «Royal» на этикетках появился на прилавках отечественных магазинов в начале девяностых. Что в первую очередь связано с отменой в 1992 году государственной монополии на производство и продажу винно-водочных изделий. Добавляем сюда отсутствие таможенных пошлин, и открытые для импорта границы.В итоге получаем очень дешевое заграничное пойло, которое быстро становится популярным. Рояль производился где-то в Европе.

Помню как в начальной школе учительница дала задание придумать предложение со словом рояль. И пока все писали что-то вроде: « Я хочу научится играть на рояле», один мальчик написал: «Папа купил ящик Рояля».

И… Да. Рояль иногда действительно брали ящиками, не смотря на то что не редко встречались случаи отравления. По этому поводу считалось что рояль в прозрачных бутылках с золотистой крышкой, более качественный чем рояль в зеленых бутылках, с красной крышкой. Ну а если кто-то травился «качественным» роялем из бутылки с золотой крышкой, это списывалось на то что он был поддельным.

Здесь мне хотелось бы привести выдержку из ГОСТа 1971 года.

Этиловый спирт — это легковоспламеняющаяся, бесцветная жидкость с характерным запахом, относится к сильнодействующим наркотикам, вызывающим сначала возбуждение, а затем паралич нервной системы (ГОСТ 18300 — 72 п. 5.1.).

Слова про паралич и сильнодействующий наркотик со временем конечно убрали. Но, так или иначе, в 1994 году ввоз Рояля в Россию был запрещен, и он остался лишь в воспоминаниях. Ну и у меня вот завалялась бутылка тридцати летней выдержки. Исключительно для опытов и протирания оптики.

Куда делся спирт?

Куда исчез Рояль из магазинов мы разобрались, давайте теперь разбираться куда он подевался в нашем опыте.

Молекулы спирта, в сравнении с молекулами воды гораздо крупнее. Чтобы в этом убедиться достаточно взглянуть на их химические формулы.

Между большими молекулами спирта существует множество пустот, которые заполняются маленькими молекулами воды при их смешивании. В этом и кроется причина уменьшения объема.

При этом, стоит отметить, что суммарная масса спирта и воды не меняется, уменьшается только объем. А значит происходит увеличение плотности образовавшегося гидрата, по сравнению с чистым спиртом.

Гидратами называют продукты присоединения воды к неорганическим и органическим веществам. В нашем случае к спирту.

Плотность

Чтоб не быть голословным, давайте найдем плотность воды, спирта и сравним их с плотностью полученного нами гидрата.

Плотность — физическая величина равная отношению массы тела или вещества к его объему, показывает массу единичного объема вещества.

Вспоминаем что плотность это отношение массы вещества к его объему. Так что находим массы наших жидкостей и делим на соответствующий объем. Важно отметить что плотность измеряется в кг/м3. Так что миллилитры в которых измеряет объем наша мензурка, необходимо перевести в метры кубические. Для этого значение объема в миллилитрах необходимо умножить на $10^{-6}$ .

Мои измерения показали следующие значения:

Плотность воды — 1020 кг/м3
Плотность спирта — 820 кг/м3
Плотность раствора — 940 кг/м3

Ареометр

На самом деле, чтобы узнать плотность жидкости нам не обязательно проводить все эти манипуляции. Куда проще воспользоваться специальным прибором — ареометром. В основе работы которого лежит закон Архимеда.

Закон Архимеда

На всякое тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вверх и равная весу вытесненной им жидкости.

$F_{apx} =\rho g V$

По сути ареометр — это стеклянный поплавок со шкалой, утяжеленный с одного конца. Для того чтоб он плавал, сила тяжести действующая на ареометр должна быть уравновешена силой Архимеда, которая в свою очередь равна весу вытесненной жидкости.

$mg =\rho g V$

И здесь самое интересное, так как масса нашего ареометра не меняется, не меняется и сила Архимеда действующая на него. Помещая ареометр в жидкости разной плотности, мы увидим что он будет погружаться на разную глубину. Соответственно по глубине его погружения мы можем судить о плотности этой жидкости. Чем плотность меньше, тем глубже погрузится ареометр.

Ареометр своими руками

Простейший ареометр можно изготовить из обыкновенной пластиковой пипетки. В качестве утяжелителя я использовал дробь. Засыпаем немного дроби в пипетку, измеряем массу нашего импровизированного ареометра, остается только рассчитать шкалу и сделать необходимые отметки.

Свои соображения о том, как рассчитать шкалу ареометра, пишите в комментариях.

Спиртометр

По плотности гидрата можно довольно точно определить содержание спирта в нем. Для этого используют специальные разновидности ареометров – спиртометры. Их шкала сразу проградуирована в % объема или градусах, как их еще называют.

Помимо спиртометров, так же существуют ареометры для определения концентрации растворенного сахара – сахарометры. Солемеры – для измерения солености растворов. И много много других замечательных приборов.