Masse, Volumen und Dichte

Versuche

Dichte von Spiritus (Schülerversuch)

Das Ziel des Versuchs

Mit diesem Versuch kann die Dichte von Spiritus bestimmt werden.

Vorlesen

Aufbau

Abb. 1 Abmessen kleiner Volumina mit einem Pyknometer

Du benötigst folgende Geräte:

Tafelwaage mit Wägesatz
Pyknometer mit Stöpsel
Spiritusvorrat
Wasservorrat

Zur Funktionsweise eines Pyknometers

Zur Dichtebestimmung einer Flüssigkeit muss u.a. das Volumen der Flüssigkeit bekannt sein. Ein Präzisionsgerät zur Flüssigkeitsbestimmung ist das sogenannte Pyknometer (Messfläschchen). Mit dem zur Verfügung stehenden Pyknometer kann man \(50\,\rm{m}\ell\) einer Flüssigkeit sehr genau bereitstellen. Dazu füllt man die Flüssigkeit randvoll in das Fläschchen und steckt den Glas-Stöpsel mit Kapillarrohr auf das Fläschchen. Die überschüssige Flüssigkeit entweicht und im Gefäß befinden sich schließlich exakt \(50\,\rm{m}\ell\) der Flüssigkeit. Hinweis: Die Form des Glas-Stöpsels wurde genau an die Öffnung des Pyknometers durch Schleifen angepasst (man nennt diese Verschlussart einen "Schliff").

Durchführung

Aufgabe

Erläutere, wie du zur Messung der Dichte des Spiritus mit den zur Verfügung gestellten Geräten vorgehen willst.

Alternative Durchführung

Aufgabe

Oft ist die eigentlich sehr elegante Methode der Volumenbestimmung mit dem Phyknometer nicht mehr zuverlässig, da in früheren Schülerversuchen die Stöpsel nicht mit den jeweils zugehörigen Pyknometern aufbewahrt wurden. Ein Pyknometer mit einem nicht dazugehörigen Stöpsel führt zu einer ungenauen Volumenbestimmung.

Erläutere, wie du trotzdem mit den zur Verfügung stehenden Geräten das Fassungsvermögen des Pyknometers genau bestimmen kannst.

Tipp: Du hast Wasser mit der bekannten Dichte \(\rho_{\rm{W}} = 1{,}00\, {\frac{\rm{g}}{\rm{cm}^3}} \) zur Verfügung.

Beobachtung

In einer Beispielmessung erhalten wir folgende Werte: Masse des Pyknometers mit Luft: \({m_1} = 27{,}28\,{\rm{g}}\); Masse des Pyknometers mit Wasser: \({m_3} = 77{,}98\,{\rm{g}}\); Masse des Pyknometers mit Spiritus: \({m_2} = 68{,}43\,{\rm{g}}\).

Auswertung

Aufgabe

Berechne aus diesen Messwerten die Dichte von Spiritus.

Lösung

Für die Masse des Wassers ergibt sich\[{m_{{\rm{W}}}} = {m_3} - {m_1} \Rightarrow {m_{{\rm{W}}}} = 77{,}98\,{\rm{g}} - 27{,}28\,{\rm{g}} = 50{,}70\,{\rm{g}}\]Das Volumen des Wassers ist gleich dem Fassungsvermögen des Pyknometers. Damit ergibt sich\[m_{\rm{W}} = \rho _{\rm{W}} \cdot V \Leftrightarrow V = \frac{ m_{\rm{W}} }{ \rho _{\rm{W}} } \Rightarrow V = \frac{ 50{,}70\,\rm{g} }{ 1{,}00\,\frac{\rm{g}}{\rm{cm}^3}} = 50{,}7\,\rm{cm}^3\]Für die Masse des Spiritus ergibt sich\[{m_{{\rm{Sp}}}} = {m_2} - {m_1} \Rightarrow {m_{{\rm{Sp}}}} = 68{,}43\,{\rm{g}} - 27{,}28\,{\rm{g}} = 41{,}15\,{\rm{g}}\]Damit erhalten wir schließlich für die Dichte des Spiritus\[m_{\rm{Sp}} = \rho _{\rm{Sp}} \cdot V \Leftrightarrow \rho _{\rm{Sp}} = \frac{ m_{\rm{Sp}} }{V} \Rightarrow \rho _{\rm{Sp}} = \frac{ 41{,}15\,\rm{g} }{ 50{,}7\,\rm{cm}^3} = 0{,}812\,\frac{\rm{g}}{\rm{cm}^3}\]

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