Исследование плотности некоторых веществ

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

"Бродковская средняя общеобразовательная школа имени

Героя Советского Союза Бориса Ивановича Конева"

Исследование плотности некоторых веществ

 (исследовательская работа)

Выполнил:

ученик 6А класса

Ельчин Никита

Научный руководитель:

учитель химии

Штехман Марина Олеговна

Павловск

2016 г.

Введение

В мире существует огромное многообразие веществ, но каждое вещество обладает своими свойствами, как физическими, так и химическими. Одним из таких свойств является плотность.

Цель исследования: изучить вещества с разными физическими свойствами и разной плотностью.

Задачи исследования:

- провести обзор литературных данных, познакомиться с характеристикой величины;

- изучить физические свойства некоторых веществ (спирт, вода, растительное масло, жидкое мыло);

- измерить массу и объем этих веществ, что позволит рассчитать их плотность;

- осуществить эксперимент, характеризующий свойства веществ с различной плотностью.

 Методы исследования, которые мы использовали:  анализ данных, терминов, сравнение и сопоставление; математический расчет; работа с оборудованием; демонстрационный опыт.

Гипотеза:  вещества, обладающими разными физическими свойствами, имеют разную плотность.

Предмет исследования: вещества с различными физическими свойствами.

 Объект  исследования: плотность.

1.     Теоретическая часть

1.1. Что такое «плотность»?

     Масса вещества, содержащегося в единице объема, называется плотностью вещества. Чтобы найти плотность, необходимо массу вещества разделить на его объем. Плотность обозначается греческой буквой ρ (ро). Тогда: плотность = масса/объем или

ρ = m/V.

Единицей измерения плотности в СИ является 1 кг/м3. Если объем тела измерен в см3, то для определения массы тела удобно использовать значение плотности ρ, выраженное в г/cм3.

Формула плотности вещества ρ = m/V применяется для однородных тел, т. е. для тел, состоящих из одного вещества. Это тела, не имеющие воздушных полостей или не содержащие примесей других веществ. По значению измеренной плотности судят о чистоте вещества. Не добавлен ли, например, внутрь слитка золота какой-либо дешевый металл.

            1.2. Факторы, влияющие на плотность

1.2.1. Зависимость плотности от температуры

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность в определённом диапазоне температур ведёт себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения. При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, висмут и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при затвердевании уменьшается.

1.2.2. Зависимость плотности от агрегатного состояния вещества

Как правило, вещество в твердом состоянии имеет плотность большую, чем в жидком. Исключением из этого правила являются лед и вода, состоящие из молекул H2O. Плотность льда ρ = 900 кг/м3, плотность воды ? = 1000 кг/м3. Плотность льда меньше плотности воды, что указывает на менее плотную упаковку молекул (т. е. большие расстояния между ними) в твердом состоянии вещества (лед), чем в жидком (вода). В дальнейшем вы встретитесь и с другими весьма интересными аномалиями (ненормальностями) в свойствах воды.

1.3. Факты о плотности

Средняя плотность Земли равна примерно 5,5 г/cм3. Этот и другие известные науке факты позволили сделать некоторые выводы о строении Земли. Средняя толщина земной коры около 33 км. Земная кора сложена преимущественно из почвы и горных пород. Средняя плотность земной коры равна 2,7 г/cм3, а плотность пород, залегающих непосредственно под земной корой, — 3,3 г/cм3. Но обе эти величины меньше 5,5 г/cм3, т. е. меньше средней плотности Земли. Отсюда следует, что плотность вещества, находящегося в глубине земного шара, больше средней плотности Земли. Ученые предполагают, что в центре Земли плотность вещества достигает значения 11,5 г/cм3, т. е. приближается к плотности свинца.

Средняя плотность тканей тела человека равна 1036 кг/м3, плотность крови (при t = 20°С) — 1050 кг/м3.

Малую плотность древесины (в 2 раза меньше, чем пробки) имеет дерево бальса. Из него делают плоты, спасательные пояса. На Кубе растет дерево эшиномена колючеволосая, древесина которой имеет плотность в 25 раз меньше плотности воды, т. е. ρ = 0,04 г/cм3. Очень большая плотность древесины у змеиного дерева. Дерево тонет в воде, как камень.

         2. Практическая часть

         2.1. Методика исследования.

2.1.1. Расчет плотности веществ

Для изучения плотности мы взяли вещества с различными физическими свойствами: спирт, воду, растительное масло, жидкое мыло. Чтобы рассчитать плотность этих веществ мы воспользовались формулой:

ρ = m/V.

Объем веществ мы брали постоянный для всех случаев 10 мл, массу определяли с помощью весов аптечных ВА-4М (Весы Мора) - производитель ОАО Нижнетагильский медико-инструментальный завод, г. Нижний Тагил (рис. 1).

Технические характеристики:

-  Диапазон измерений 0.1-1 кг.

-  Чувствительность и непостоянство показаний без нагрузки 25 мг.

-  Погрешность от неравноплечести при НПВ 100 мг (0,1 г).

-  Габаритные размеры 490х455х170 мм.

-  Масса 3.4 кг.

Рис. 1. ВЕСЫ АПТЕЧНЫЕ МОРА ВА-4М

Применяются для взвешивания медикаментов, химикатов в аптеках и лабораториях.

Изготавливаются из стали с покрытием, чашки, основание - из пластмасс.

Для работы необходим набор гирь Г-4-1111.10. Все оборудование нашли в школьной лаборатории.

2.2.2. Эксперимент

Оборудование и реактивы: высокий стеклянный стакан или цилиндр, вода, спирт этиловый, масло растительное, мыло жидкое, пищевые красители.

Одинаковый объем жидкостей вливаем поочередно (не взбалтывая, по стенке сосуда) в высокий стакан или цилиндр: 1 – жидкое мыло (как вещество с большей плотностью), 2 – воду, подкрашенную пищевым красителем, 3 – растительное масло, 4 – спирт (самая меньшая плотность из взятых веществ).

Фиксируем наблюдения (ПРИЛОЖЕНИЕ 1, рис. 1).

3.     Результаты исследования

После обобщения литературных данных об их свойствах и самонаблюдения, нами была составлена таблица 1.

Таблица 1

Сравнительная характеристика свойств веществ

Характеристика	Этиловый спирт	Вода	Растительное масло (рафинированное)	Жидкое мыло
Агрегатное состояние	Прозрачная жидкость.	Твёрдое – лёд, жидкое (н.у.) – вода, газообразное - водяной пар.	Вязкая жидкость	Вязкая, плотная жидкость
Запах	Резкий, неприятный	Отсутствует	Приятный запах	Приятный запах
Цвет	Бесцветный	Бесцветная	От светло-желтого до насыщенного желтого	Различный
Температура плавления, °С	- 114.3	0°	-	-
Температура кипения, °С	78.4	99,974	150-200	-
Табличная плотность, г/см³	0,7893	0,9982	0,87—0,927	-
Химические свойства	Горюч, смешивается во всех соотношениях с водой, спиртами, диэтиловым эфиром, глицерином, хлороформом, ацетальдегидом, бензином	Хороший растворитель, реагирует со множеством простых и сложных соединений	Растворяется в бензине, бензоле, дихлорэтане, сероуглероде, ацетоне, диэтиловом эфире, ограниченно раств. в этаноле и метаноле, не растворяется в воде.	Разлагает жиры, взаимодействуют с молекулами воды. Происходит очистка загрязненной поверхности моющим веществом.

Кроме того, измерив массу, мы рассчитали плотности взятых нами веществ и на основании данных составили таблицу 2:

Таблица 2

Полученные в результате расчета данные

Показатели/вещества	Спирт	Жидкое мыло	Растительное масло	Вода
Масса, г (в 10 мл)	9,21	11,05	9,62	9,67
Плотность, кг/м³	0,921	1,105	0,962	0,967

В результате работы, мы установили, что разные вещества обладают разными физическими свойствами и плотностью.

По определению плотности, в равных объемах этих веществ их масса будет различна. Мы предположили, что вещество с большей плотностью (массой) будет всегда находиться на дне сосуда, в его нижнем слое, тогда все остальные вещества будут распределяться относительно их плотностей.

Чтобы подтвердить наше предположение мы осуществили опыт. Взяли сначала мыло (его плотность выше всех других наших соединений), налили в сосуд 15 мл, затем аккуратно по стенке сосуда налили подкрашенную воду, потом растительное масло и спирт, все по 15 мл.

Вот, что у нас получилось!

Таким образом, можно сказать, что плотности веществ различны, как и их физические свойства, поэтому они не смешиваются!

ВЫВОДЫ

В результате работы можно сделать следующие выводы:

1.     Физические свойства различных веществ различны.

2.     Плотности веществ, различающихся по физическим свойствам, также отличаются.

3.     Экспериментально установили, что вещества с большей плотностью  - тяжелее, а также, что вещества, имеющие различные значения плотности, не смешиваются между собой.

Планирую в дальнейшем продолжить исследовательскую деятельность в направлении экспериментальной науки.

Список информационных источников

1.     Азбука экспериментов профессора Николя/ Ганайлюк Н. – «Издательство АСТ», 2014.- 80 стр.

2.     Вещества и их свойства./ Федоров И.А. – 2010г. – М.: Москва. – 147стр.

3.     Физические величины: Справочник/А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под. ред. И.С. Григорьева, Е.3. Мейлихова. - М., Энергоатомиздат, 1991

4.     Электронный справочник по физике создан на основе книги авторов И. М. Гельфгата, Л. Э. Генденштейна, Л. А. Кирик, Е. Ю. Свириновской Физика в таблицах, изд-во "Илекса", "Гимназия" Москва - Харьков, 1998. - http://abitura.com/handbook/

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Рис. 1. Результат эксперимента