DENSITÀ

DENSITÀ (fr. densite; sp. densidad; ted. Dechtigkeit; ingl. density)

Densità e peso specifico. - Si dice densità (o massa specifica) d'un corpo il rapporto tra la sua massa espressa in g. e il suo volume espresso in cmc., ossia la massa che ne contiene l'unità di volume analogamente, si chiama peso specifico assoluto d'un corpo il rapporto tra il suo peso e il suo volume ossia il peso della sua unità di volume. Sia la densità sia il peso specifico così definiti sono numeri concreti; la densità e il peso specifico hanno rispettivamente le dimensioni [d] = [ml^-3], [σ] = [pl^-3], partendo dal grammo-peso anziché dal grammo-massa, il peso specifico d' un corpo risulta espresso dal medesimo numero che ne dà la densità. Nella pratica, il peso specifico d'un corpo si definisce come il rapporto tra il peso d'un dato volume di quel corpo e il peso d'un uguale volume di acqua distillata avente la temperatura di 4°. Così definito, il peso specifico (a rigore da chiamarsi relativo) diventa un numero astratto uguale alla densità; il che giustifica l'uso che senza distinguere si fa dell'una e dell'altra locuzione. Poiché si è verificato che il cmc. contiene non già 1 g., ma soltanto 0,999973 g. di acqua a 4°, la densità dell'acqua a 4° è espressa da questo numero e la densità d'un corpo qualsiasi è maggiore del suo peso specifico nel rapporto di 1 : 0,999973; ma le differenze che da ciò derivano sono così esigue da potersi quasi sempre trascurare. Poiché generalmente il volume dei corpi varia con la temperatura, lo stesso vale per la densità; di solito, questa si determina per la tempemtura di 15°, relativamente però a quella dell'acqua a 4°. Negli aeriformi, la densità dipende largamente anche dalla pressione, e cioè varia in ragione diretta di questa; e per ciò, per evitare incertezze, insieme con la densità d'un gas o vapore occorre indicare la temperatura e la pressione a cui essa appartiene. Riferendola però, come si usa, anziché alla densità dell'acqua, a quella dell'aria alla medesima pressione e temperatura, il numero che esprime la densità d'un gas o d'un vapore risulta (almeno con una certa approssimazione) indipendente dalla pressione e dalla temperatura.

Metodi di misura. - 1. Per determinare il peso specifico dei liquidi, il metodo suscettibile della maggior precisione è quello del picnometro. Una boccetta con collo stretto, sul quale è incisa una marca (fig. 1), oppure un bulbo di vetro congiunto a due tubi stretti prolungati orizzontalmente e con marche incise (fig. 2) si pesano vuoti, indi pieni d'acqua distillata e infine pieni del liquido da esaminare, l'una e l'altra volta sino alle marche e a una medesima temperatura t. Se P₀, P₁, P₂ sono i tre pesi, σ_t il peso specifico dell'acqua alla temperatura t, il peso specifico s_t, del liquido studiato è dato, per la stessa temperatura, da

Per i solidi, il picnometro (fig. 3) deve avere il collo largo, da chiudersi mediante un tappo forato e prolungato con un tubetto, sul quale è incisa una marca. Si pesa il corpo da esaminare, indi la boccetta piena d'acqua; infine s'introduce il corpo nella boccetta, si elimina l'acqua che è uscita o che è salita sopra la marca, e si pesa nuovamente. Se sono P₁, P₂, P₃ i tre pesi, il peso specifico s del corpo (non tenendo conto della temperatura, le cui variazioni in questo caso hanno poca influenza) è dato da

Se il corpo è solubile nell'acqua si adopera un liquido nel quale esso sia insolubile, e si moltiplica il secondo membro della formula per il peso specifico di quel liquido.

2. Un procedimento basato sul principio di Archimede è quello della bilancia idrostatica. Ove si tratti d'un solido, questo, sospeso sotto il piatto d'una bilancia per mezzo d'un filo sottile, va prima pesato nell'aria; poi si ripete la pesata col corpo immerso in acqua o in un altro liquido adatto. Il rapporto (eventualmente moltiplicato per il peso specifico del liquido adoperato) tra il peso del corpo e la perdita, che in apparenza subisce il suo peso mentre è immerso nel liquido, ne esprime il peso specifico. Per i liquidi, si adopera un corpo di vetro (cilindro massiccio o ampollina chiusa contenente una zavorra) sospeso al piatto della bilancia mediante un sottile filo di platino ed equilibrato per mezzo di pesi collocati sull'altro piatto. Il peso specifico del liquido è dato dal rapporto tra le perdite di peso, che subisce il corpo di vetro in quel liquido e nell'acqua. La bilancia di Mohr (fig. 4) rende il procedimento molto spedito. Un braccio della bilancia, all'estremità del quale è appeso il corpo di vetro equilibrato con un contrappeso o mediante una costruzione adatta dell'altro braccio, è diviso in 10 parti uguali; alla bilancia sono annessi dei pesi costruiti in modo da potersi applicare sulle divisioni del giogo oppure appendere l'uno all'altro. Due di questi pesi corrispondono ciascuno alla spinta, che subisce il corpo di vetro nell'acqua; gli altri ne costituiscono rispettivamente ¹/₁₀, ¹/₁₀₀, ecc. Il peso specifico si determina facendo sommergere il corpo di vetro nel liquido sotto esame e cercando le divisioni del giogo, sulle quali occorre che vengano collocati i pesi, affinché riesca equilibrata la spinta. I numeri di quelle divisioni, montati dal coltello del giogo e scritti ciascuno nel debito posto rispetto alla virgola, esprimono nel loro complesso il peso specifico in questione. Nella fig. 4, per es., questo è = 1,373.

Sulla spinta idrostatica sono pure fondati i metodi di misura per mezzo dei cosiddetti areometri (a volume o a peso costante) e, in particolare, degli alcoolometri (v. areometro).

3. La densità d'un solido disponibile soltanto in piccola quantità si può trovare preparando una miscela di liquidi tale, che il solido vi rimanga sospeso; oppure preparando due miscele di composizione poco diversa e tali, che nell'una il solido vada a fondo, nell'altra a galla, e determinando poi con l'areometro il peso specifico dei liquidi. Servono a questo scopo delle miscele di cloroformio (s = 1,52), bromoformio (s = 2,9) o ioduro di metilene (s = 3,3) con benzolo o toluene (s = 0,89), oppure delle soluzioni acquose di ioduro di mercurio e potassio (soluzione di Thoulet, s sino a 3,20) o di ioduro di mercurio e bario (s - 3,59); infine i liquidi di Clerici (miscugli di soluzioni acquose di formiato e malonato di tallio, s sino a 4,06).

4. Per determinare la densità d'un gas, se ne riempie, sotto pressione atmosferica, un pallone di vetro che si chiude con un rubinetto e si pesa; si sostituisce poi il gas con aria secca, si lascia aperto e si pesa nuovamente; infine si pesa il pallone pieno d'acqua. Essendo P₁ il peso del pallone pieno di gas, P0 il suo peso quando è pieno d'aria, P quello con l'acqua, λ il peso specifico dell'aria sotto la pressione atmosferica e alla temperatura dell'esperienza, relativamente alla densità dell'acqua, il peso specifico s del gas, riferito a quello dell'aria, alla medesima temperatura e pressione, è

La densità dei vapori, la conoscenza della quale costituiva un tempo uno dei mezzi più adoperati per determinare il peso molecolare d'una sostanza, si trova sia pesando un volume noto del vapore, sia misurando il volume che occupa, a una data temperatura e sotto una data pressione, una data quantità della sostanza trasformata in vapore; o misurando il volume che riempie, a temperatura ordinaria e sotto pressione nota, l'aria spostata da quel vapore.

Il primo metodo, di Dumas, si adopera opportunamente per liquidi volatili e si pratica introducendo in un palloncino di vetro a collo stretto una conveniente quantità del liquido, che poi si fa bollire immergendo il palloncino in un bagno di temperatura nota e costante, e superiore al punto d'ebollizione del liquido stesso. Questo entra in ebollizione, scaccia l'aria, sinché dall'orifizio del palloncino esce un getto di vapore solo; si chiude il palloncino alla fiamma nel momento in cui, constatando che è cessato il soffio del vapore, si riconosce che tutto il liquido si è vaporizzato. Il peso del palloncino pieno di vapore, diminuito di quanto pesava aperto e quindi pieno d'aria, rappresenta l'eccesso del vapore sul peso d'un eguale volume d'aria. Pesando poi il palloncino pieno d'acqua, si viene a conoscere il suo volume e con esso il peso dell'aria che lo aveva riempito. Il secondo metodo, di Hofmann, consiste nell'introdurre nel vuoto d'una canna barometrica, circondata da un tubo più largo nel quale circola un vapore o un liquido a temperatura adatta, una boccettina che è piena della sostanza da esaminare e si apre lasciando evaporare il suo contenuto, non appena, salita attraverso il mercurio, essa è entrata nel vuoto torricelliano. La colonna di mercurio si abbassa e la posizione, a cui si ferma il suo menisco, fa conoscere, mediante una graduazione praticata sul tubo, tanto il volume occupato dal vapore, quanto la differenza tra la pressione atmosferica e la tensione esercitata dal vapore. Leggendo ancora, sopra un termometro disposto nel tubo di riscaldamento, la temperatura dell'esperienza, si hanno gli elementi per calcolare la densità cercata. Il terzo metodo infine, di V. Meyer, si effettua (fig. 5) con un matraccino (di vetro o eventualmente di un materiale più refrattario) sormontato da un tubo lungo e stretto da cui, in vicinanza dell'estremità superiore chiusa con un tappo, un tubetto laterale conduce entro una vasca pneumatica. Il matraccino e un tratto del tubo lungo sono circondati da un bagno di temperatura più o meno elevata, a seconda della sostanza da studiare. Riscaldato per un certo tempo l'apparecchio e constatato che dal tubetto laterale non esce più dell'aria e che quindi l'interno del matraccio ha assunto la temperatura del bagno, si porta sopra l'orifizio del tubetto una campana graduata piena dello stesso liquido della vasca e, aprendo per un momento il tappo, si lascia cadere nell'apparecchio una boccettina di capacità adatta, piena della sostanza in questione. La boccettina si apre, il suo contenuto si trasforma in vapore scacciando un uguale volume d'aria che si raccoglie nella campana graduata. Evidentemente, ciò che ivi si misura non è il volume che aveva occupato quella massa d'aria alla temperatura del bagno, ma il volume che la medesima massa è venuta a occupare alla temperatura dell'ambiente e sotto la pressione atmosferica diminuita di quanto rappresenta il dislivello del liquido tra la campana e la vasca. Ne deriva, come pregio particolare del procedimento, che non è necessario conoscere la temperatura del bagno o del vapore. È vero bensì, d'altra parte, che il metodo descritto, per varie cause, fornisce soltanto risultati approssimati; ma ciò non nuoce, giacché alla determinazione della densità d'un vapore si ricorre il più delle volte per decidere se il peso molecolare d'una sostanza è espresso da un certo numero oppure da un suo multiplo intero.

Le densità di due gas si possono confrontare fra di loro anche mediante le velocità con le quali, sotto identiche condizioni di pressione, essi passano attraverso un orifizio stretto. Infatti i quadrati di queste velocità stanno tra di loro, secondo quanto aveva trovato Bunsen, nel rapporto inverso delle rispettive densità. Un apparecchio apposito permette di eseguire il confronto; ma la relazione, sulla quale si basa il procedimento, vale soltanto in via approssimativa, e perciò il procedimento stesso si adopera poco.