Analiza Chimica si Instrumentala Aplicata - AcademicDirect

Determinarea densităţii materialelor
Analiză Chimică şi Instrumentală Aplicată
Materialele solide granulare sunt deseori utilizate în industria chimică ca materiale prime,
produse sau catalizatori. Caracteristicile tehnice de bază pentru materialele solide care determină în
mare măsură proprietăţile şi calitatea acestora sunt: dispersia (compoziţia granulometrică),
densitatea (reală, aparentă şi în grămadă sau în vrac), suprafaţa specifică, structura porilor.
Dacă aceste caracteristici nu sunt cunoscute este imposibil să se determine parametrii unui
proces, să se atingă randamentul scontat sau să se asigure calitatea necesară a produselor.
Densitatea materialelor este un parametru fizic important, fiind în strânsă interdependenţă cu
principalii parametri mecanici ai materialelor (solide). Ea se defineşte ca fiind masa unităţii de
volum:
m
ρ = (g/cm 3 , kg/m 3 )
V
În cazul materialelor solide, se pot exprima mai multe densităţi, în funcţie de natura
volumului la care se raportează masa materialului. În funcţie de structura lor, toate materialele
solide pot fi împărţite în două categorii: materiale compacte şi materiale poroase. Majoritatea
materialelor, naturale sau artificiale, sunt poroase. Practic, pot fi considerate ca materiale perfect
compacte următoarele: metalele, sticla şi unele materiale din polimeri. La materialele compacte se
poate exprima un singur fel de densitate – densitatea reală (sau densitatea absolută), deoarece
volumul materialului compact reprezintă volumul real (absolut) al solidului. La materialele poroase
se poate exprima densitatea reală, definită ca masa raportată la volumul real al materialului şi
densitatea aparentă, definită ca masa raportată la volumul aparent al materialului:
m
m
ρ = ; ρ =
reala
Vreal
ga
Vga
aparenta
Vaparent
Volumul real reprezintă volumul ocupat numai de substanţa solidă din material (fără pori).
Volumul aparent reprezintă volumul sub care apare corpul, deci cu pori cu tot. Acesta, evident este
mai mare decât volumul real deci există relaţiile: Va >V şi ρa < ρ. Unele materiale apar sub formă de
granule sau pulberi (nisip, pietriş, ciment, ipsos, etc.). Volumul acestor materiale se determină de
obicei în vrac şi se numeşte volum în grămadă. Densitatea în vrac (grămadă) se defineşte ca fiind
masa unităţii de volum a unui material solid granular, luând în considerare şi volumul total al
spaţiilor libere (respectiv golurile de aer dintre granule).
Volumul în grămadă este compus din volumul aparent al granulelor de materiale şi volumul
golurilor de aer dintre granule: Vg = Va + Vgol. Volumul interspaţiilor (golurilor) dintre granule
depinde de starea de tasare a materialului, luându-se în considerare situaţiile externe la tasarea
materialului şi anume volumul în grămadă în stare afânată (Vga) şi volumul în grămadă în stare
îndesată (Vgi). La materialele granulare, se pot exprima densitatea în grămadă în stare afânată (ρga)
şi densitatea în grămadă în stare îndesată (ρgi):
m m
ρ = ; ρ gi =
V
Compactitatea este gradul de umplere al unui corp cu material solid. Ea se exprimă ca
raportul dintre volumul real şi volumul aparent al materialului:
Vr
m m ρa
C = ; Vr = ; Va = ; C =
Va
ρr
ρa
ρr
Porozitatea este dată de totalitatea volumului porilor conţinuţi într-un material. Aceasta
reprezintă porozitatea totală. Ea este dată de raportul între volumul total de pori şi volumul aparent
al materialului.
Vp
Va
− Vr
Vr
ρa
P = ; Vp = Va - Vr; P = = 1−
= 1−
= 1−
C ; P + C = 1
Va
Va
Va
ρr
Deci, cunoscând densitatea reală şi aparentă a unui material, se pot calcula atât
compactitatea cât şi porozitatea acestuia. Se mai defineşte porozitatea aparentă ca totalitatea
16
gi