پیکنومتر

پیکنومتر:

پیکنومتر که نام دیگر آن بطری وزن مخصوص است، یک وسیله ی پر کاربرد آزمایشگاهی است که معمولا از جنس شیشه و شبیه به بالن ژوژه ساخته شده است. و به منظور اندازه گیری چگالی مایعات یا دانسیته مورد استفاده قرار می گیرد. پیکنومتر دارای درب شیاردار شیشه ای است و لوله ی مویین از بین آن رد می شود تا حباب های هوا بتوانند از بین دستگاه راه خروج داشته باشند.

کی از انواع پیکنومتر که در آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد، پیکنومتر گازی است. پیکنومتر گازی برای اولین بار توسط ابوریحان بیرونی مورد استفاده قرار گرفت و امروزه در آزمایشگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد. توسط این پیکنومتر، می توانیم تغییر در فشار ایجاد شده را با سنجش و اندازه گرفتن تغییر در حجم بسته ی حاوی یک گاز مرجع با تغییر در فشار ایجاد شده توسط نمونه، تحت همان شرایط قبلی، اندازه گیری کنیم. همچنین از پیکنومتر گازی می توانیم برای اندازه گیری چگالی جامدات، با به کار گرفتن یک سری روش ها و رابطه ی بین فشار و حجم، استفاده کنیم. زیرا پیکنومتر گازی برای تمام جامدات قابل استفاده است. چه این جامدات شکل منظمی داشته باشند یا متخلخل (موادی که در ساختارشان دارای حفره و منفذ هستند) باشند یا غیر متخلخل، دانه دانه، پودری، یک پارچه و یا حتی تجزیه شده باشند. از پیکنومتر گازی برای تعیین مشخصات طیف گسترده ای از مواد جامد مانند، جامدات کربنی، پودری شکل، کاتالیزور های غیر همگون، فلزی، سرامیکی، سیمان، گچ و…. استفاده می کنیم. برای کاهش خطای اندازه گیری هنگام استفاده از پیکنومتر برای اندازه گیری چگالی عناصر جامد متخلخل، توجه به این نکته ضروری است که ابتدا باید عنصر مورد اندازه گیری را خُرد کنیم تا تمام منفذ های ماده جامد، باز شود. پیکنومتر گازی علاوه بر مصارف آزمایشگاهی در مدارس هم مورد استفاده قرار می گیرد. زیرا از دقت بسیار بالایی برای سنجش چگالی مواد شیمیایی مایع و جامد برخوردار است.

پیکنومتر فلزی:

در مورد اندازه گیری رنگ ها، از پیکنومتر فلزی استفاده می کنیم.

پیکنومتر دماسنج دار:

پیکنومتر دماسنج دار با وجود یک دماسنج بر روی خود، قابلیت اندازه گیری هم زمان چگالی و میزان دما را دارد. و بهترین وسیله برای اندازه گیری چگالی مایعات است. ساختار پیکنومتر دماسنج دار به گونه ای است که در قسمت وسطی خود، دارای یک دماسنج است. از این دماسنج هنگام آزمایش می توانیم برای تعیین درجه حرارت استفاده کنیم.

پیکنومتر مایع:

دانسیته ی پودر با استفاده از پیکنومتر مایع قابل اندازه گیری است.

روش کار با پیکنومتر:

برای اندازه گیری چگالی یک مایع توسط پیکنومتر مراحل زیر را طی می کنیم:

1. مرحله ی اول:

جرم پیکنومتر خالی را که با آب مقطر شسته شده و سپس خشک کرده ایم، با ترازوی دیجیتالی بسیار دقیق (ترجیحاً تا سه رقم اعشار ) به دست می آوریم.

2. مرحله دوم:

پیکنومتر را پر از آب مقطر کرده و درپوش آن را می گذاریم. همچنین در این مرحله، با استفاده از یک ترمومتر دمای محیط را اندازه می گیریم. و همینطور جرمِ پیکنومتر پر از آب مقطر را نیز اندازه می گیریم. تفاوت جرم پیکنومتر خالی و پیکنومتر پر را به دست می آوریم، که این مقدار به دست آمده، برابر جرم آب است. چگالی یا جرم حجمی آب را با استفاده از Hand Book یادداشت می کنیم. با داشتن جرم آب و با استفاده از رابطه ی d=m/v ، حجم دقیق پیکنومتر را به دست می آوریم.

3. مرحله سوم:

در این مرحله، پیکنومتر را با مایع مورد نظرمان پر می کنیم، طوری که وقتی درب پیکنومتر را بر روی آن می گذاریم، مقدار اضافی مایع از شیار روی درب پیکنومتر، بیرون بریزد. حال جرم پیکنومتر پر را به کمک ترازوی به دست می آوریم. با در دست داشتن جرم پیکنومتر خالی و پیکنومتر پر، جرم مایع مورد نظر به دست می آید. حجم پیکنومتر را در مرحله ی دوم، مشخص کردیم. با استفاده از رابطه ی d=m/v ، و تقسیم مقدار جرم مایع مورد نظر به حجم پیکنومتر، چگالی ماده مورد نظر به دست می آید.

پیکنومتر و مراحل آماده کردن آن

برای اینکه پیکنومتر را تمیز کرده و دقت اندازه گیری آن را بالا ببریم، باید دو مرحله زیر را انجام دهیم:
1. کالیبره کنیم.
اگر چه بعضی از پیکنومتر ها با کالیبراسیون اتوماتیک ارائه می شوند.
2. کل دستگاه را باید با آب مقطر و اَستون، تمیز و خشک کنیم تا به نتیجه ی درست و دقیقی در اندازه گیری چگالی مواد برسیم.

امروزه با پیشرفت علم، به تنوع و کیفیت پیکنومترها افزوده شده است و هر کدام از انواع پیکنومترها، بسته به نوع مایع مورد نظر یا ماده خاص مورد نظر، برای اندازه گیری و تجزیه و تحلیل استفاده می شود. همان طور که اشاره کردیم جنس پیکنومترها شیشه است . البته در ساخت پیکنومتر و در کنار شیشه از فلز و فولاد ضدزنگ هم استفاده می کنیم.

پیکنومتر آزمایشگاهی وسیله ای آزمایشگاهی برای اندازه گیری چگالی مایعات با دقت بالا است. در مقاله پیش رو به معرفی ای اجمالی در مورد پیکنومتر خواهیم پرداخت و در ادامه، روش تعیین چگالی مایعات با استفاده از آن را آموزش میدهیم.

یک روش سریع و آسان جهت تعیین چگالی مایعات در آزمایشگاه، استفاده از وسیله ای به نام پیکنومتر است. پیکنومتر وسیله ای شبیه به بالن ژوژه و از جنس شیشه است. به منظور خروج حباب های هوا از داخل پیکنومتر آزمایشگاهی، لوله ای مویین در وسط درپوش شیشه ای و شیاردار آن تعبیه شده است. پیکنومتر دستگاهی است که به کمک مایعی استاندارد مانند آب مقطر و با استفاده از تعادل تحلیلی می توان چگالی هر مایعی را با دقت بالا محاسبه کرد. حجم پیکنومترها روی بدنه آنها درج شده است.

پیکنومتر با عنوان بطری وزن مخصوص نیز شناخته میشود. دلیل آن هم این است که وزن مخصوص و چگالی به سادگی به یکدیگر مرتبط هستند و از روی یکی، میتوان دیگری را نیز بدست آورد.

روش تعیین چگالی مایع بوسیله پیکنومتر آزمایشگاهی:

به منظور اندازه گیری چگالی یک مایع، نیاز به اندازه گیری جرم و حجم مایع مورد نظر را داریم که از تقسیم جرم بر حجم آن، چگالی محاسبه می شود. ابتدا جرم پیکنومتر خالی و سپس پیکنومتر حاوی آب مقطر اندازه گیری می شود. دقت شود درپوش به درستی بسته شده و آب اضافه از آن خارج شود تا دقت کار حفظ شود. اختلاف جرم این دو عدد همان جرم آب مقطر است. چگالی آب مقطر با تغییر دما تغییر می کند و نیاز است که از پیش چگالی آب در دمای کاری به کمک هندبوک های موجود تعیین شود. طبق رابطه زیر حجم آب یا پیکنومتر آزمایشگاهی بدست می آید.

V=mH2OH2O

همانند توضیحات بالا، وزن مایع مورد نظر را اندازه گرفته و با جایگذاری در رابطه زیر چگالی آن محاسبه می شود.

l= mlV = mlmH2O H2O