Морской Форум Нэмо

Химия и аквариум: Удельный вес: О, как сложно!

Предыдущая тема Следующая тема Перейти вниз

20150225

Сообщение 

Химия и аквариум: Удельный вес: О, как сложно!




Еще одна точка на солености: в этой статье, как и в химической океанографии литературы, соленость морской воды определяется теперь как безразмерной единицы, С. В старой литературе это имеет размерность п.п. (частей на тысячу по массе), и что примерно один способ думать о нем, но это теперь определяется как отношение морской проводимости к этому раствора калия хлорида определенного состава. Следовательно, морская вода имеет S = 35 (или какой-либо подобный номер). Другие решения, как простой хлорида натрия, не определены таким образом, и по-прежнему отмечаются как PPT. Это определение солености подробно описано в "Chemical океанографии" Франк Millero (1996).
Рисунок 1. оранжевый Epicystis крестоцветных анемона, который был процветает в баке автора на S = 35.
Что такое удельный вес?
Удельный вес определяется как отношение плотности жидкости по сравнению с плотностью чистой воды. Поскольку плотность чистой воды зависит от температуры, необходимо указать температуру чистой воды, чтобы с пользой определить удельный вес. Для многих научных усилий (например, минералогии), температура стандарт выбранные 3,98 ° С (39,2 ° F, определяется как температура максимальной плотности чистой воды). При этой температуре, плотность чистой воды составляет 1,0000 г / см3. Если это стандартный выбраны, то легко видеть, что удельный вес только плотность образца при 3,98 ° С при измерении в г / см3 (без каких-либо единицах, поскольку удельный вес безразмерный показатель).
Почему удельный вес полезно аквариумистов? В первую очередь потому, что это просто и количественной способ сказать, сколько что-то находится в воде. Если что-то менее плотные, чем воды растворенных в ней, то удельный вес будет снижаться. Этанол, например, имеет меньшую плотность, чем вода, и делает удельный вес капли. Этот факт используется пивоварами для оценки количества алкоголя в их варит.
Точно так же, если что-то более плотные, чем вода растворяют в нем, удельный вес идет вверх. Почти все неорганические соли могут плотнее воды, поэтому их растворения в воде делает специфический рост тяжести. Это повышение может быть использован аквариумистов, чтобы оценить, сколько соли в их воде. Конечно, он не может сказать вам, что находится в воде, но если вы используете подходящее сочетание соли, он может сказать вам, сколько есть, и приближается ли она естественной морской воде или нет.

Как стандартные Влагомеры Измерьте Удельный вес?

Стандартные водомеры работать на Архимеда принцип. Этот принцип гласит, что вес ареометром (или другого объекта, как айсберг или корабль) равна весу жидкости, что она замещает. Следовательно, ареометр будет опускаться, пока она не смещает свой собственный вес. Когда он положил в растворах различных концентраций, она плавает выше или ниже, пока он не вытесняет его собственный вес. В плотных жидкостей плавает выше (вытесняя меньше жидкости) и в менее плотных жидкостей плавает ниже. В сущности, этот принцип является отражением того факта, что гравитационная потенциальная энергия системы минимизируется, когда водомер просто смещать его собственный вес. Любой различного водоизмещения ставит силы на воде и ареометра, которые заставляют их двигаться в сторону оптимального положения.

Поворотный кронштейн гидрометров


Поворотный кронштейн водомеры немного отличаются поскольку ни одна из руки не выше линии воды. В этом случае, поворотный кронштейн реагирует на разницу в плотности путем поворота руки с неоднородным распределением веса. Типичные хобби поворотный кронштейн ареометры использовать руку из двух различных материалов (рисунок 2). Разница в плотности между водой и один из материалов вынуждает рычаг качаться в одном направлении, и разность плотности между водой и второй материалов вынуждает рычаг качаться в противоположном направлении. В положении равновесия эти силы компенсируют, и ареометр дает устойчивый чтение. Опять же, конечный результат минимизации гравитационной потенциальной энергии системы.
Рисунок 2. SeaTest поворотный кронштейн ареометр сделаны аквариум систем, показывающий кронштейн, выполненный из двух различных материалов.
Есть Ion Дисбаланс Воздействие Удельный вес?
Один вопрос, который часто задают ли изменения в различных ионов повлиять удельный вес. Ответ заключается в том, чтобы любитель с помощью обычной смеси соли, они не делают. Чтобы получить приблизительное представление этого эффекта, то разумно предположить, что все ионы способствуют удельным весом в количестве, пропорциональном их весовых процентах в морской воде. Например, я посмотрел удельный вес 15 различных неорганических солей в той же «соленостью» (100 п.п. при 20 ° C). Все они были очень похожи, с менее чем в два раза разница между самой высокой (сульфат цинка, удельный вес = 1,1091 г / см3) и самой низкой (хлорид лития; удельный вес = 1,0579).
В некотором смысле, более любого иона, который присутствует независимо от химической природы, тем больше эффект от удельного веса. Поскольку это именно то, что соленость (вес твердых веществ в воде), маловероятно, что любой нормальный вариант ионный видели морских аквариумистов воли чрезмерно скрученные Конкретные измерения силы тяжести. Так как верхний 4 ионов в морской воде (Na +, Mg ++, Cl-, SO4--) содержат 97 процентов по массе от общего объема, любые изменения в других ионов не будет иметь существенного влияния на удельный вес.
Что об изменениях в этих четырех главных ионов? Давайте рассмотрим крайний случай, когда соль содержит ничего, кроме хлорида натрия. Оказывается, что 37 п.п. раствор хлорида натрия имеет тот же удельный вес, как S = 35 морской воды. Таким образом, можно видеть, что даже большие изменения в ионной результате баланса в довольно небольших изменений в отношениях между удельным весом и соленостью. По этим причинам, это безопасно для большинства аквариумистов, чтобы игнорировать любые воздействия, что различия в ионных составляющих бы на отношениях между удельным весом и соленостью. Конечно, если у Вас есть грубо неточной микса с морской водой (состоящий из метила просто калия или сульфата магния, например), то отношения между удельным весом и соленостью, что предполагается, что для морской воды будет нарушена. Чистый раствор бромида калия с той же удельным весом в естественной морской воде (S = 35), например, имеет "солености" около 36 п.п.. Похоже чистый раствор сульфата магния имеет "солености" составляет всего 26 п.п..

Температура стандарта

К сожалению, мир удельного веса не так просто, как описано выше. Различные поля, по-видимому выбрали разные стандартные температуры. В дополнение к стандарту C 3,98 °, другие включают в себя 20 ° C (68 ° F) и 60 ° F (15,6 ° C). Беглый взгляд через несколько каталогов лаборатория питания показывает много примеров водомеров с использованием каждого из этих двух, и несколько нечетные брошены для хорошей мерой (например, 102 ° F для молока). Большинство авторов, пишущих о морских аквариумах предположить, что люди используют F стандарт 60 °, но в действительности многие аквариумисты не являются, и в некоторых случаях они даже не знают, что они используют. Некоторые хобби ареометры использовать другие стандарты, с 77 ° F будучи весьма популярным (используется Tropic Marin, например).
Плотность чистой воды при 20 ° С составляет 0,998206 г / см3, а при 60 ° F это 0,9990247 г / см3. В то время как они, кажется, близка к 1, и часто просто утверждал, что 1,00 во многих контекстах, разница может быть существенной. Например, удельный вес естественной морской воде (S = 35) с использованием 1,0278 C стандарт 3,98 °, 1,0269 помощью F стандарт 60 °, 1,0266 помощью C стандарт 20 °, и с использованием 1,0264 F стандарт 77 °. [Я подсчитал, они основаны на таблицах плотности морской воды, различные таблицы могут представить несколько различных плотностей, которые затем могли привести к небольшому различными удельными весами].Хотя эти различия невелики, они реальны. Они возникают из-за плотности чистой воды и изменения в морской воде по-разному в зависимости от температуры. Морская вода становится менее плотным быстрее, чем чистой воды при повышении температуры. Этот эффект может быть связана с взаимодействием между ионами и между ионами и воды в морской воде, разбитых, как температура поднимается, но это выходит за рамки данной статьи.
К сожалению, это был мой опыт, что многие аквариумисты со ссылкой на конкретный измерения силы тяжести для своих танков не знаю, какой стандарт используется их ареометра. Большинство лабораторного качества водомеры будет иметь стандарт, используемый написано на них или их подтверждающих документов. Некоторые хобби водомеры, однако, нет ни одного упоминания о стандарте используется. Обратите внимание, что никаких "коррекция" стол, который может конвертировать показания на других, чем стандартной температуре температурах, если вы не знаете стандартную температуру. Если вы не знаете, с помощью такой таблицы не даст точные значения, и может дать значение дальше от истины, чем некорректированного чтения.

Температура образца


Как если путаница температуры стандарта было недостаточно, чтобы температура образца также изменяется.Многие лабораторного качества водомеры также ожидается температура образца указывается непосредственно на них. Это упоминается как "опорный" температуры. В очень многих случаях (хотя и не все), стандартная температура и нормальная температура те же: либо 60 ° F или 20 ° C. Это часто пишется как "60 ° F / 60 ° F", хотя иногда пишется просто как "Температура стандартизации: 60 ° F". Если ареометр используется при нормальной температуре, никаких специальных поправки не нужны (хотя ответ один получает будет зависеть немного на стандартной температуре, выбранной производителем, как описано выше).
Почему температура образца имеет значение? Есть две причины. Во-первых, сама ареометр может изменить свою плотность в зависимости от температуры, и, таким образом, дает неправильные показания при любой температуре, за исключением того, для которого он специально разработан (т.е., он плавает выше или ниже в ее изменений плотности). К сожалению, если у вас есть стол для вашего конкретного ареометра (который редко входит в комплект), этот эффект не может быть исправлено с помощью таблицы из-за различных строительных материалов водомеров. Различные типы стекла и пластика используются для гидрометров, и каждый из них будет иметь его собственный специфический изменение плотности в зависимости от температуры. Следует отметить, что этот эффект существенно меньше для стеклянных гидрометров, чем второй эффекта, описанного ниже, потому что изменение плотности стекла с температурой является 8-25 раз меньше, чем изменение плотности водных жидкостей.
Вторая причина, что температура образца Важно то, что сам образец изменит свою плотность в зависимости от температуры. Например, плотность морской воды (S = 35) изменяется от 1,028 г / см3 при 3,98 ° C до 1,025 г / см3 при 20 ° С до 1,023 г / см3 при типичной температуре морской аквариум 80 ° F. Поскольку плотность образца меняется с температурой, измеренной удельный вес также изменить, если это не принимается во внимание. 
Влияние температуры на плотность образца может быть скорректирован в таблице, при условии, что один знает, как плотность образца будет меняться с температурой (который хорошо известен в морской воде), а также, что он знает температуру стандартизации ареометра. Например, если у вас есть ареометр откалиброван для 60 ° F / 60 ° F, тогда вы будете поправкой на разницу в плотности между образцом при 60 ° F, и температура, при которой вы измерили его. Если фактический образец измеряли при 86 ° F, то коррекция отношение плотности морской воды на 86 ° F (примерно 1,0217 г / см3), деленная на плотность при температуре 60 ° F (примерно 1,0259 г / см3), или 0.996. Таким образом, удельный вес чтение, или, вернее, ареометр чтение, 1,023 будет исправлено к "фактической" чтения 1,027.

Опять же, если вы не знаете, температуру стандартизации, вы не повезло, и коррекция с использованием таблицы с равной вероятностью вызвать большие ошибки, так как это исправить любые. Кроме того, с помощью "коррекции" таблицу, которая не указывает, что она предназначена для исправления одинаково рискованно.
Некоторые ареометры морских хобби утверждают, чтобы быть точным при всех температурах (68 - 85 ° F; к ним относятся SeaTest, Deep Six, и Эша Marinomat). Такое устройство может быть разработана, если его изменение плотности в зависимости от температуры были точно такими же, как морской воде при всех температурах. Два из них проходят ниже (в SeaTest и Deep Six) сделать справедливую работу температурной коррекции, но на самом деле немного overcorrect.
Рисунок 3. конец поворотного рычага глубокой Шесть ареометра, сделанное Coralife. Это читает S = 33, и легко читать ± 0,5. 
Точность
Насколько точна соленость определяется с помощью удельного веса? Если измерить плотность 2 значащих цифр, то неопределенность в солености составляет ± 0,7 (при условии, что удельный вес правильно и точно измерить).Например, если удельный вес были 1,027 (при условии, неопределенность ± 0,0005, вытекающий из 2 значащих цифр), то соответствующий соленость будет 35,2 ± 0,7. Аналогичным образом, удельный вес 1,023 соответствует солености 30 ± 0,7. Конечно, более точные измерения удельного веса даст более точные значения солености и в 2-5 раз вероятнее всего, может быть определена с использованием высокой точностью ареометр.
Из трех хобби водомеров обследованных, все были довольно точны по стандартам любительских. Там не было никаких трудностей воспроизводимо читать любой из них солености ± 0,5 или выше (рисунок 3). Это не означает, однако, что эти устройства были, что точная. 
Точность

Точность, конечно, не то же самое, как точность. Точность может быть представлена ​​значащих цифр, а измеренное значение 1.025763 намного точнее, чем 1,026. Однако, если фактический удельный вес жидкости были 1,0261000000, то второе чтение гораздо более точным (т.е. ближе к реальной стоимости), чем первый.
Так как эти водомеры измерять до? На мой резервуар воды измерено, что S = 35 ± 0,5 с помощью проводимости.Использование Deep Six поворотный кронштейн ареометр я получил показания S = 32,5 ± 0,5 на 81 ° F и S = ​​32 ± 0,5 при 68 ° F. Использование SeaTest я получил S = 34,5 ± 0,5 на 81 ° F и S = ​​34 ± 0,5 при 68 ° F.
Рисунок 4. Tropic Marin ареометр, показывающий мениска вырос приблизительно до 1,0260, но фактическое показание весов составляет около 1,0265.
Для стандартного типа Tropic Marin ареометра, я получил 77 ° F / 77 ° F удельный вес около 1,0265 ± 0,0003 (рисунок 4), который сравнивает хорошо с ожидаемым значением 1,0264.
Как использовать стандартный ареометр

За эти вопросы уже описано, вот несколько советов в использовании ареометр:
1)Убедитесь, что ареометр полностью очистить (без отложения солей), и что часть выше ватерлинии ареометра сухая. Отбросив его в так оно погружается глубоко, а затем качается на поверхность уйдет воды на открытой части, которая будет весить вниз ареометр и дать ложно низкий удельный вес чтения. Отложение солей выше ватерлинии будет иметь тот же эффект. Если какие-либо депозиты не будет легко распустить, попробуйте мытья в разбавленной кислотой (например, уксуса или разбавленной соляной кислоты)
2)Убедитесь, что нет воздушных пузырьков, подключенные к ареометра. Это поможет буй ареометр и дают ложно высокий удельный вес чтения.
3)Убедитесь, что ареометр при той же температуре, что и воды (и, предпочтительно, воздух).
4)Read ареометр в плоскости поверхности воды, не вдоль мениска (фиг.4; мениск выступ воды, либо поднимается вверх по валу ареометра или кривых в воду, в зависимости от гидрофобности ареометр).
5)Промойте пресной водой после использования, чтобы уменьшить отложения.
6)Не оставляйте ареометр плавающий вокруг танка между видами. Если вы это сделаете, трудно удалить отложения могут образовывать с течением времени.


Как использовать поворотный кронштейн HYDROMETER
В дополнение к описанным выше, вот некоторые специальные советы для распашных руки водомеров:
1)Убедитесь, что ареометр полностью уровень. Небольшой наклон в любую сторону будет меняться показания.
2)Deep Six ареометр рекомендует "приправу" на игле, наполнив его водой в течение 24 ч до использования.Предположительно это позвол водой, поглощенной в пластик, чтобы достичь равновесия. В случае ареометра тестируемого в данной работе, чтение стал слегка менее точным, после приправы.
Вывод

Если ничего больше, я надеюсь, что эта оповещения статье аквариумистов некоторые из вопросов, за использование водомеров и удельного веса для измерения солености. Для тех, кто заинтересован в дополнительном обсуждении водомеров и как они относятся к удельным весом и соленостью, есть хороший дискуссия в "Пленный морской воды рыб" Стивен Спотт, наряду с диаграммой для коррекции 60 ° F / 60 ° F Удельный вес измерения, сделанные на другие температуры.

Игорь НЭМО
Admin
Admin

Сообщения : 254
Очки : 2028
Репутация : 37
Дата регистрации : 2014-12-31
Возраст : 26
Откуда : харьков

Посмотреть профиль http://akvaforum.mirbb.com

Вернуться к началу Перейти вниз

Опубликовать эту запись на: Excite BookmarksDiggRedditDel.icio.usGoogleLiveSlashdotNetscapeTechnoratiStumbleUponNewsvineFurlYahooSmarking

 
Права доступа к этому форуму:
Вы не можете отвечать на сообщения