Dichtebestimmung

Alles Wissenswerte über die Dichte von Flüssigkeiten

Dichtemessung

What is Density? - How to measure Density? – What are the main applications of Density?

In this video, you will become an expert on how to measure density of liquids and the best methods to measure it.
Dichteunterschiede


 

Waage mit Dichte-Kit

Hydrometer

Hydrometer
Hydrometer

Ein Hydrometer ist ein kostengünstiges Instrument, mit dem die Dichte von Flüssigkeiten bestimmt wird. Es besteht aus geblasenem Glas und einem bauchigen Körper, der mit Bleischrot oder Stahlkies beschwert ist, und einem langen, dünnen Stiel mit einer Skala. Das Hydrometer wird in die Probenflüssigkeit eingetaucht, bis es schwimmt. Die Dichte wird an der Stelle der Skala abgelesen, an der das Niveau der Probenflüssigkeit mit der Markierung der Hydrometerskala übereinstimmt. Die meisten Hydrometer messen die spezifische Dichte von Proben: Einfach ausgedrückt, zeigt ein Hydrometer dem Benutzer an, ob eine Flüssigkeit dichter oder weniger dicht als Wasser ist. In einer Flüssigkeit mit höherer spezifischer Dichte schwimmt das Hydrometer weiter oben, z. B. wenn Zucker in Wasser gelöst ist. Bei einer Flüssigkeit mit geringerer spezifischer Dichte, wie etwa Reinstwasser oder Alkohol, schwimmt das Hydrometer weiter unten.

Bei Verwendung eines Hydrometers hat der Benutzer zwei Optionen:

  1. Verwenden Sie das Hydrometer bei seiner Kalibriertemperatur (in der Regel 16 oder 20 °C). Je nach Probenvolumen kann es einige Zeit dauern, bis die Probe diese Temperatur erreicht hat.
  2. Zeichnen Sie den Messwert einfach bei Umgebungstemperatur auf. Es müssen sowohl der Mess- als auch der Temperaturwert aufgezeichnet werden. Bei Bedarf kann später ein Korrekturfaktor angewandt werden, um den temperaturkorrigierten Messwert zu erhalten.

Pyknometer

Pyknometer
Pyknometer

Ein Pyknometer ist ein Gefäss mit vordefiniertem Volumen, das in der Regel aus Glas besteht und mit dem die Dichte einer Flüssigkeit gemessen wird. Mit einem Pyknometer kann auch die Dichte von Dispersionen, Festkörpern und sogar Gasen bestimmt werden. Pyknometer liefern sehr präzise Resultate, wenn sie richtig verwendet werden. Ihre Genauigkeit beträgt bis zu 10-5 g/cm3 – dies entspricht der Genauigkeit (Anzahl von Dezimalstellen) der verwendeten Digitalwaage. Ausserdem ist ein Thermometer zur Messung der Temperatur erforderlich. Die Benutzer müssen im Umgang mit dem Pyknometer geschult werden, um genaue Messungen zu garantieren.

Tragbares digitales Dichtemessgerät

Tragbares digitales Dichtemessgerät
Tragbares digitales Dichtemessgerät

Tragbare digitale Dichtemessgeräte dienen zur schnellen und genauen Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten. Die Dichtebestimmung mit digitalen Messgeräten basiert auf zwei Faktoren:

  1. Die Schwingung bzw. Vibration eines U-Rohrs.
  2. Das Verhältnis zwischen der Masse der flüssigen Probe und der Schwingungsfrequenz des U-Rohrs. Durch das Befüllen des U-Rohrs mit Probenflüssigkeit wird die Schwingungsfrequenz beeinflusst: Aufgrund einer Faktorjustierung mit Proben mit bekannter Dichte kann diese Schwingungsfrequenz in direkte Beziehung zu der Dichte einer flüssigen Probe mit einer Genauigkeit von 0,001 g/cm3 gesetzt werden. Tragbare digitale Dichtemessgeräte messen die Probe bei Umgebungstemperatur. Wenn bei einer bestimmten Temperatur ein Ergebnis erforderlich ist, kann das digitale Dichtemessgerät einen Korrekturfaktor auf das gemessene Resultat anwenden, um das Ergebnis an eine definierte Temperatur anzugleichen. Jede Messung dauert nur einige Sekunden, sodass Benutzer schnell mit der nächsten Probe fortfahren können. Die gemessene Dichte kann automatisch in andere Einheiten und Konzentrationen für spezifische Anwendungen umgerechnet werden, wie z. B. spezifisches Gewicht, API, Alkohol %, Brix und vieles mehr.

Digitales Dichtemessgerät in Tischausführung

Digitales Dichtemessgerät in Tischausführung
Digitales Dichtemessgerät in Tischausführung

Digitale Dichtemessgeräte in Tischausführung nutzen die gleiche Technologie wie tragbare digitale Dichtemessgeräte, nämlich die Schwingung eines U-förmigen Glasrohrs (U-Rohr). Darüber hinaus verfügen sie über eine integrierte Peltier-Temperaturregelung, die die Probe auf die ausgewählte Temperatur (z. B. 20 °C) bringt. Die Temperaturregelung ist zwischen 0 °C bis 95 °C einstellbar. Diese Dichtemessgeräte erreichen eine Genauigkeit von 0,000005 g/m3 für die Dichte.

Einige digitale Dichtemessgeräte in Tischausführung können mit Probenautomatisierungslösungen für einzelne oder mehrere Proben verbunden werden, die eine automatische Probennahme, Spülung und Trocknung ermöglichen. Diese Dichtemessgeräte können zu einem dedizierten automatisierten Multiparametersystem aufgerüstet werden. Darin wird die Messung von Dichte, Brechungsindex, pH-Wert, Farbe, Leitfähigkeit usw. kombiniert. Dadurch wird Zeit gespart, die Datenqualität gesteigert und verhindert, dass Proben zwischen den einzelnen Analysen verändert werden.

Einer der Vorteile digitaler Dichtemessgeräte, die das U-förmige Glasrohr verwenden, ist das kleine erforderliche Probenvolumen (in der Regel 1,5 ml), das ein schnelleres Temperaturgleichgewicht der Probe ermöglicht.

Manual to Digital Density Measurement

Dichte vs. Temperatur
Dichte vs. Temperatur

Beispiel:

d Ethanol bei 20 °C = 0,7895 g/cm³

d Ethanol bei 40 °C = 0,7724 g/cm³

 

d Wasser bei 20 °C = 0,9982 g/cm³

d Wasser bei 40 °C = 0,9922 g/cm³

 

SG Ethanol bei 20 °C = 0,7909 g/cm³

SG Ethanol bei 40 °C = 0,7785 g/cm³

Moleküle bei niedrigerer Temperatur
Moleküle bei niedrigerer Temperatur

Molekül bei einer bestimmten Temperatur
(geringe Bewegung)

Moleküle bei höherer Temperatur
Moleküle bei höherer Temperatur

Gleiches Molekül bei steigender Temperatur
(weitere Entfernung)

Kalibrierung eines Pyknometers
Glaspyknometer
Heissluftballon
Dichtebestimmung
Verhältnis von Viskosität und Dichte
Dichte vs. Viskositätskurve
Definition der relativen Dichte
Definition der spezifischen Dichte
Definition der tatsächlichen oder absoluten Dichte
Definition der Schüttdichte

Zur Veranschaulichung des Unterschieds zwischen der tatsächlichen Dichte und der Schüttdichte haben wir ein Pyknometer auf eine Waage gestellt. Wenn es mit einer Flüssigkeit befüllt wird, wiegt es aufgrund des Auftriebs in der Luft weniger als in einem Vakuum.

Viele offizielle Tabellen mit Dichtewerten basieren noch immer auf der Schüttdichte. Digitale Dichtemessgeräte liefern Resultate in verschiedenen Einheiten und Konzentrationen, sehen Sie sich ihre Spezifikationen an.

Masse im Vakuum=Tatsächliche Dichte
Masse im Vakuum = Tatsächliche Dichte
Masse in Luft=Schüttdichte
Masse in Luft = Schüttdichte
Spezifische Dichte
(bei 20 °C)
Dichte
(bei 20 °C)
0,7460,745 g/cm3
0,7720,771 g/cm3
0,7910,790 g/cm3
1.0000,998 g/cm3
1.2511,249 g/cm3
1.2611,259 g/cm3
1,4841,481 g/cm3
13,61813,593 g/cm3

bei unterschiedlichen Temperaturen

Dichte (bei 15 °C)SG (bei 25 °C)Dichte (bei 25 °C)
0,752 g/cm30,7470,745 g/cm3
0,999 g/cm31.0000,997 g/cm3
1,254 g/cm31.2481,244 g/cm3
1,486 g/cm31,4801,476 g/cm3


 

Was ist der Unterschied zwischen Dichte und Masse?

Die Masse ist ein Mass dafür, wie viel Materie sich in einem Körper oder einer Flüssigkeit befindet, wohingegen die Dichte ausdrückt, wie viel Masse ein bestimmtes Volumen enthält.

Zum Beispiel haben 10 kg Stahl und 10 kg Federn dieselbe Masse, aber verschiedene Volumina, sodass sie folglich verschiedene Dichten aufweisen.


 

Warum kann die Dichte zur Identifizierung einer Probe verwendet werden?

Mit der Dichte kann eine reine Probe mühelos identifiziert werden, da jedes Element eine einzigartige Dichte aufweist. Nach einer Messung kann die Dichte der jeweiligen Probe nachgeschlagen werden, um nachzusehen, um was für eine Probe es sich handelt.


 

Wie wird die Dichte von Lösungen gemessen?

Schauen wir uns beispielhaft eine Lösung von Ethanol in Wasser an.

Wie bereits erläutert, hat Reinstwasser bei 20 °C eine Dichte von d = 0,9982 g/cm3 und reines Ethanol bei 20 °C eine Dichte von d = 0,7892 g/cm3. Der Dichtewert einer Lösung aus Ethanol und Wasser hängt von der Konzentration der Lösung ab.

 


 

Verhält sich die Dichte direkt proportional zum Druck?

Die Dichte verhält sich direkt proportional zum örtlichen Luftdruck, jedoch indirekt proportional zur Temperatur. Bei konstanter Temperatur steigt die Dichte mit steigendem Druck. Erfahren Sie hier mehr über den Zusammenhang zwischen der Dichte von Flüssigkeiten und dem Druck.

 


 

Gibt es typische Anwendungsbereiche für Dichtemessungen?

Würzemessung in Bieranwendungen

 

Anwendungen der Dichtemessung umfassen die Bestimmung der Alkoholkonzentration in Spirituosen, die Steuerung des Fermentationsprozesses bei der Produktion von Wein sowie Bier und die Brix-Messung (Zuckergehalt) von Zwischen- und Endprodukten in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion. Die Dichte und andere Konzentrationen wie die API-Dichte von schweren Ölen, Paraffin und Schmiermitteln im Bereich Petrochemie. Dichte (spezifische Dichte) in Batteriesäure in der Automobilindustrie, sowie sonstige Lösemittel, Säuren und Basen in der chemischen Industrie. Abschliessend gibt es auch in der Pharmaindustrie viele Anwendungsbereiche, z. B. die Messung der spezifischen Dichte in Kosmetika, Pflegeprodukten etc. Klicken Sie auf die obenstehenden Links, um detailliertere Informationen zu den Anwendungen zu lesen oder nutzen Sie unsere Fachbibliothek, um den für Ihre Probe passenden Applikationsbericht zu finden.

 


 

Was ist die Dichte von Luft?

Die Dichte der Luft beträgt 0,00120 g/cm3 bei 20 °C und einem Umgebungsdruck von 101,325 kPa (d. h. auf Meereshöhe). Dieser Umgebungsdruck ändert sich mit den Wetterbedingungen (niedrigerer Druck bei Regen oder Schnee) und mit der Höhe (niedrigerer Druck in grösserer Höhe als auf Meereshöhe). Bei einer Höhe von z. B. 440 m über dem Meeresspiegel beträgt der Luftdruck (jährlicher Durchschnitt) nur 96,12 kPa und die mittlere Luftdichte beträgt 0,00114 g/cm3 bei 20 °C.

Erfahren Sie mehr

 

 

Was ist die Dichte von Wasser?

Die Dichte von Wasser beträgt 0,99820 g/cm3 bei 20°. Die Dichte von Wasser ändert sich mit der Temperatur. Sie steigt von 0 °C auf 4 °C (wo sie ca. 1 beträgt) und sinkt dann ab 4 °C aufwärts.

 

 

Was ist der Einfluss von Viskosität auf die digitale Dichtemessung?

Die Viskosität der Proben hat Einfluss auf die Dichte, die mit einem digitalen Dichtemessgerät gemessen wird. Die höhere Scherkraft, die zwischen der Flüssigkeit und der Rohrwand auftritt, führt zu einer Verringerung der Schwingungsfrequenz und damit zu einem höheren Dichtewert. Moderne digitale Dichtemessgeräte verfügen daher über eine eingebaute Viskositätskorrektur. Damit wird dieser Effekt kompensiert und es werden korrekte Ergebnisse angezeigt.

 

 

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