Tỷ trọng là gì? Công thức và các phương pháp đo tỷ trọng hiện nay

Tỷ trọng là một khái niệm quen thuộc được sử dụng trong môn Vật lý. Nó được xác định bằng tỷ số giữa khối lượng riêng của một chất so với khối lượng riêng của chất đối chứng, chủ yếu là nước. Để xác định tỷ trọng của một chất, chúng ta phải dùng các dụng cụ đo tỷ trọng chuyên dụng. Vậy bạn có biết tên các loại dụng cụ đo tỷ trọng là gì không. Nếu câu trả lời là không thì bài viết ngày hôm nay sẽ cho bạn những đáp án mà bạn đang cần đó. Giờ thì, cùng tìm hiểu với chúng tôi nhé.

Tỷ trọng là gì?

1. Định nghĩa tỷ trọng là gì?

Tỷ trọng là tỷ số giữa khối lượng riêng của một chất so với khối lượng riêng của một chất chuẩn khác trong điều kiện xác định. Trong đó, khối lượng riêng chính là đặc tính của chất và nó được xác định bằng thương số giữa khối lượng m của chất đó với thể tích V của vật. Cụ thể như sau:

D = m/V

Đơn vị tính của khối lượng riêng theo hệ đo lường chuẩn quốc tế là kg/m³. Ngoài ra, chúng ta cũng có thể dùng đơn vị g/cm³. Dưới đây là bảng khối lượng riêng của một số chất được sử dụng phổ biến:

Trong thực tế, việc xác định tỷ trọng của một chất sẽ phụ thuộc vào chất chuẩn và chất chuẩn thường được sử dụng là nước. Nước sẽ giúp cho việc so sánh khối lượng riêng và đánh giá đặc điểm của chất đó một cách dễ dàng hơn.

Tỷ trọng là gì?

2. Công thức tính tỷ trọng

Dựa vào định nghĩa tỷ trọng là gì, chúng ta xác định được công thức tính tỷ trọng như sau:

RD = ρsubstance/ ρreference 

Trong đó ρsubstance là khối lượng riêng của chất cần đo và ρreference là khối lượng riêng của chất chuẩn hay còn gọi là chất đối chứng.

Tùy theo tiêu chuẩn cụ thể mà điều kiện nhiệt độ dùng để tính toán tỷ trọng của một chất cũng khác nhau. Các tiêu chuẩn thường được sử dụng hiện nay là:

• Theo TCVN: Tỷ trọng của một chất sẽ được xác định ở 15 C.
• Theo ASTM: Tỷ trọng của một chất sẽ được xác định ở 60 độ F, tương đương với 15.6 C.

3. Tỷ trọng bao gồm những loại nào

Tỷ trọng được phân thành 2 loại, bao gồm:

- Tỷ trọng tương đối: Là tỷ số giữa khối lượng của một thể tích cho trước của chất cần đo với khối lượng của cùng thể tích nước cất được dùng làm chất đối chứng ở  20 °C.

- Tỷ trọng biểu kiến: Là đại lượng được sử dụng trong các chuyên luận về ethanol, ethanol 96 % hoặc loãng hơn…. Nó được xác định là khối lượng của một đơn vị thể tích chất lỏng khi cân trong không khí. Tỷ trọng biểu kiến được tính như sau:

Tỷ trọng biểu kiến = 997.2 X  Tỷ trọng tương đối của chất thử

Trong đó:  997.2 là khối lượng cân trong không khí của 1 m3 nước, đơn vị kg. Đơn vị đo của tỷ trọng biểu kiến là kg/m3.

Tên gọi của một số loại dụng cụ đo tỷ trọng là gì?

1. Tỷ trọng kế

Tỷ trọng kế là một dụng cụ đo lường hình trụ làm bằng thủy tinh với đáy hình nón hoặc bán cầu, phần dưới được nhồi chất làm đầm (thường là thủy ngân hoặc kim loại năng) để giúp nó chìm hoàn toàn trong chất lỏng mà vẫn thẳng đứng, còn phần trên là ống tròn có chứa thang chia độ. Đây là dụng cụ đo khối lượng riêng của một chất lỏng và nó thường được dùng để đo tỷ trọng dung dịch điện phân.

Tỷ trọng kế được phân loại dựa theo 2 cách, đó là dựa vào sự hiển thị của thang đo và cách đọc kết quả.

• Phân loại dựa vào hiển thị của thang đo

- Tỷ trọng kế đo khối lượng riêng của chất lỏng ở nhiệt độ riêng ghi trên tỷ trọng kế với đơn vị khối lượng riêng có thể là g/cm3; kg/m3 hoặc g/ml,…

- Tỷ trọng kế đo trọng lượng riêng của chất lỏng, hiển thị trọng lượng riêng ở nhiệt độ riêng với khối lượng riêng của nước tại nhiệt độ riêng như sp gr 15.56/15.56 °C. Nó được hiểu là tỷ trọng kế hiển thị trọng lượng riêng của chất lỏng tại 15.56 °C theo khối lượng riêng của nước tại 15.56 °C.

- Tỷ trọng kế hiển thị dưới dạng phần trăm % của các chất hòa tan trong nước ở nhiệt độ riêng ghi trên tỷ trọng kế.

- Tỷ trọng kế hiển thị dưới dạng độ Baumé của chất lỏng nhẹ hơn nước và nó còn có tên gọi khác là tỷ trọng kế API.

• Phân loại dựa vào cách đọc

Trên thang đo của tỷ trọng kế nếu ghi dòng chữ “Đọc trên” thì bạn phải đọc giá trị theo mép trên của đường cong mao dẫn chất lỏng. Còn nếu trên thang đo của tỷ trong kế ghi là “Đọc dưới” thì bạn phải đọc giá trị theo mép dưới của đường cong mao dẫn.

Tỷ trọng kế

Cách sử dụng tỷ trọng kế 

• Bước 1: Mở nắp van của bình ắc quy chứa dung dịch điện phân cần đo
• Bước 2: Đưa tỷ trọng kế vào trong bình thông qua vị trí nắp van vừa mở. Sử dụng nút hút của tỷ trọng kế để hút dung dịch điện phân trong bình vào bên trong tỷ trọng kế.
• Bước 3: Xem kết quả nồng độ dung dịch điện phân tại vạch của thang chia độ trên tỷ trọng kế. Tùy vào nồng độ của dung dịch mà đối trọng của thang chia vạch sẽ chìm sâu một mức tương ứng. Kết quả nồng độ dung dịch sẽ được đọc tại vị trí bề mặt của dung dịch cắt với thang chia độ.

Phương pháp đo tỷ trọng bằng tỷ trọng kế cho kết quả với 2 hoặc 3 chữ số lẻ thập phân.

Khi sử dụng tỷ trọng kế, kỹ thuật lấy mẫu rất quan trọng. Nếu bạn không cẩn thận và để bọt khí xuất hiện trong mẫu thì kết quả đọc sẽ không chính xác. Ngoài ra, phao phải luôn được giữ để nó không chạm vào các cạnh của tỷ trọng kế.

Ứng dụng của tỷ trọng kế

Tỷ trọng kế là dụng cụ đo trọng lượng riêng của nhiều loại chất lỏng và nó phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Một số ứng dụng tiêu biểu của tỷ trọng kế mà chúng ta không thể không nhắc tới, đó chính là:

• Đo lường mức độ tinh khiết của sữa bò: Nếu sữa bò có độ tinh khiết (nguyên chất) càng cao thì tỷ trọng kế sẽ càng nổi lên vì trong sữa lúc này chứa rất ít tạp chất.
• Đo nồng độ cồn của các loại rượu, bia
• Đo mật độ của dầu mỏ.
• Đo mật độ của axit sulfuric.

Tỷ trọng kế chỉ có thể đo chất làm mát hoặc chất chống đông cho Ethylene Glycol mà không đo được cho Propylene Glycol vì khi nồng độ Propylene Glycol lên đến 70% thì trọng lượng riêng tăng lên, nhưng trên 70% thì trọng lượng riêng lại giảm xuống. Khi dung dịch đạt nồng độ 100% thì khả năng đọc chính xác lên đến 40%.

2. Cân thủy tĩnh Mohr-Westphal

• Bước 1: Đặt cân cân thủy tĩnh Mohr-Westphal lên trên mặt phẳng nằm ngang bằng phẳng.
• Bước 2: Mắc phao vào đòn cân rồi đặt phao chìm trong nước cất ở nhiệt độ 20 °C, sau đó chỉnh thẳng hàng bằng các con mã đặt ở các vị trí thích hợp. Giá trị thu được ở đây là M.
• Bước 3: Lấy phao ra, dùng giấy thấm khô rồi lại đặt phao chìm vào trong chất lỏng cần đo tỷ trọng ở nhiệt độ 20 °C. Chú ý đặt sao cho phần dây treo chìm trong chất lỏng một đoạn đúng bằng đoạn đã chìm trong nước cất.
• Bước 4: Chỉnh lại thăng bằng bằng các con mã đặt ở vị trí thích hợp. Giá trị thu được lúc này là M1.
• Bước 5: Tính tỷ số M1/M để xác định của tỷ trọng của chất lỏng cần tìm ở 20 °C.

Phương pháp đo tỷ trọng bằng cân thủy tĩnh Mohr-Westphal cho kết quả với 3 chữ số lẻ thập phân.

Cân đo tỷ trọng

3. Bình đo tỷ trọng

Bình tỷ trọng là dụng cụ dùng để đo trọng lượng riêng của chất lỏng. Loại bình đo tỷ trọng chất lượng là loại được làm từ chất liệu thủy tinh borosilicate vì đây là chất liệu tốt nhất với độ bền cao trước va đập, nhiệt độ và hóa chất. Đồng thời, các số, ký hiệu trên bình phải được in bằng loại mực in chất lượng để khi ở nhiệt độ cao, nó vẫn bền màu dù môi trường xấu.

Cách sử dụng

• Bước 1: Cân bình đo tỷ trọng trống không, sạch và khô được khối lượng P.
• Bước 2: Đổ nước cất vào đầy bình đo tỷ trọng sao cho không bị sót không khí lại bên trong.
• Bước 3: Cân bình đo khi đã chứa đủ nước, thu được khối lượng P2.
• Bước 4: Đổ nước cất trong bình ra rồi tráng lại bằng chất lỏng cần đo, sau đó đổ chất lỏng này vào đầy bình đo tỷ trong sao cho không bị sót không khí lại bên trong.
• Bước 5: Cân bình đo khi đã chứa đủ chất lỏng cần đo, thu được khối lượng P1.
• Bước 6: Tính kết quả (P1 – P)/(P2 – P), ta thu được tỷ trọng của chất lỏng cần đo.

Trước khi sử dụng, bình đo tỷ trọng cần được rửa thật sạch, tráng rượu rồi tráng aceton, sau đó thổi không khí nén hoặc không khí nóng vào để đuổi hết hơi aceton nhằm làm khô bình. Để kết quả cân chính xác, các bạn nên dùng cân phân tích có độ chính xác tới 0.0001 g để bình và khi cần cần thực hiện đúng quy tắc cân.

Phương pháp đo tỷ trọng bằng bình đo tỷ trọng chỉ thích hợp với các chất lỏng có độ nhớt thấp và cho kết quả với 4 chữ số lẻ thập phân.

Bình đo tỷ trọng

4. Kit đo tỷ trọng

Kit đo tỷ trọng được sử dụng khi chất đo là vật liệu rắn và xốp.

Cách sử dụng

• Bước 1: Cân vật mẫu trong không khí bằng cân phân tích, thu được khối lượng M1.
• Bước 2: Cân vật mẫu trong môi trường dung môi như nước hoặc etanol,… Dưới tác dụng của lực đẩy acsimet sẽ cho ra một khối lượng M2.
• Bước 3: Tính kết quả (M1 - M2)/V chất lỏng. Kết quả thu được là tỷ trọng của chất cần đo.

Đây là một phương pháp đo cho kết quả có độ chính xác cao, nhanh chóng và dễ thực hiện. Tuy nhiên, chi phí của phương pháp này khá cao và tốn kém vật mẫu, hơn nữa nhiệt kế dài cũng gây vướng víu khi tiến hành.

5. Máy đo tỷ trọng hiện số

Máy đo tỷ trọng hiện số là thiết bị đo tỷ trọng chất lỏng cho với kết quả có độ chính xác cao nhưng lại tốn chi phí và quy trình thực hiện cũng khá phức tạp.

Nguyên lý hoạt động của máy đo là: Sẽ có một ống thủy tinh rỗng dao động ở một tần số nhất định và tần số này sẽ thay đổi khi các ống được đổ đầy mẫu. Khối lượng mẫu càng lớn thì tần số dao động càng nhỏ. Tần số này sau khi đo được sẽ được chuyển thành tỷ trọng. Việc hiệu chuẩn được thực hiện trong không khí và nước cất. Thermostat sẽ kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ mà không sử dụng bể ổn nhiệt.

Hướng dẫn cách đo tỷ trọng của mỡ, sáp, nhựa, nhựa thơm ở 20 °C bằng bình đo tỷ trọng

• Bước 1: Đầu tiên cân chính xác khối lượng bình đo khi rỗng Mi, sau đó đổ đầy nước cất ở 20 °C vào bình và cân tiếp, thu được khối lượng M4.
• Bước 2: Đổ nước đi, làm khô bình rồi dùng ống hút hoặc phễu cuống nhỏ để cho mẫu thử đã được đun chảy một lượng khoảng 1/3 đến 1/2 thể tích của bình.
• Bước 3: Để bình trong nước nóng khoảng 1 tiếng, không đậy nút, sau đó làm nguội đến 20 °C và đậy nút lại.
• Bước 4: Dùng khăn giấy lau khô mặt ngoài bình đo rồi cân lại, thu được khối lượng M2.
• Bước 5: Thêm nước cất đến vạch rồi lau khô mặt ngoài bình, cân lại được khối lượng M3. Lưu ý là không được để bọt khí còn lại giữa lớp nước với mẫu thử.
• Bước 6: Tính kết quả theo công thức:
  d = (M2 – M1)/ ((M4 + M2) – (M1 –M3))

Mua dụng cụ đo tỷ trọng ở đâu uy tín, giá rẻ

Trên thị trường hiện nay, dụng cụ đo tỷ trọng của chất được bán ở khá nhiều nơi với đa dạng chủng loại, thương hiệu. Tuy nhiên, để kết quả đo được chính xác thì các bạn trước tiên cần đảm bảo được rằng dụng cụ mình mua là chính hãng, có chất lượng tốt. Và nếu bạn còn đang băn khoăn không biết tên địa chỉ uy tín để mua dụng cụ đo tỷ trọng là gì thì chúng tôi sẽ cho bạn một gợi ý, đó chính là công ty VIETCHEM.

Đến với VIETCHEM, các bạn có thể lựa chọn được nhiều loại bình đo tỷ trọng, tỷ trọng kế đo độ mặn, tỷ trọng kế đo nồng độ axit với đa dạng dung tích, thương hiệu và tất cả đều được cam kết về mặt chất lượng cũng như giá thành. Vậy nên, nếu bạn nào đang có nhu cầu tìm mua những dụng cụ này, vui lòng để lại thông tin liên lac tại website https://ammonia-vietchem.vn/ để các bạn chuyên viên của chúng tôi có thể hỗ trợ trong thời gian sớm nhất.

Xem thêm

• TSS là gì? Tác hại của việc TSS trong nước thải cao

• Bể thiếu khí anoxic là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng của bể anoxic