Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:19 • sest 21:35 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 25:18 • Sest 04:56 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 07:07 • Síðdegis: 19:24 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 01:08 • Síðdegis: 13:14 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Efnafræði

Þar sem rúmmál leggst ekki saman þegar vökvum er blandað er þá hlutfall af rúmmáli góð mælieining fyrir styrk vína?

Sigurjón N. Ólafsson

Þegar einum vökva er hellt út í annan getur vel farið svo að rúmmálið verði minna en samanlagt rúmmál vökvanna var áður. Þetta er það sem spyrjandi hefur réttilega í huga og dæmi um það koma fram í svarinu hér á eftir. Þar kemur einnig í ljós hvernig menn komast fram hjá þessu með því að nota ákveðna og einræða skilgreiningu á rúmmálshlutfalli.

Einsleitar blöndur efna í vökvaham eru kallaðar upplausnir eða lausnir (e. solution). Það efni sem mest er af er kallað leysiefni (solvent) og það eða þau efni sem eru í minnihluta kölluð leystarefni eða leyst efni (solute). Oftast er talað um að leystarefnin séu leyst upp í leysiefninu. Upplausnir þar sem leysiefnið er vatn, svokallaðar vatnslausnir, eru allt í kringum okkur; til dæmis eru kranavatn, vín og sjór slíkar lausnir. Upplausnir með öðrum leysiefnum eru einnig algengar, svo sem bensín eða naglalakksleysir.

Þegar einum lítra af bensíni og einum lítra af dísilolíu er blandað saman fást tveir lítrar af eldsneytisblöndu. Það er þó ekki ávallt svo að þegar tveimur vökvum er blandað saman að heildarrúmmálið sé jafnt samanlögðu rúmmáli hvors vökva um sig. Hjá minnihluta vökvanna kemur það fyrir, að heildarrúmmálið er minna en summa rúmmála hinna einstöku þátta blöndunnar. Þessi munur er nefndur rúmmálsrýrnun.

Tökum nú lítið dæmi: Þegar 48 millilítrum af hreinu etanóli (vínanda) og 52 millilítrum af vatni er blandað saman verður blandan ekki 100 millilítrar, heldur aðeins 96,3 millilítrar. Ástæða rúmmálsrýrnunarinnar er líklega sú að sameindir vatns eru miklu minni en sameindir etanóls og koma sér að nokkru leyti fyrir í holrúmum milli etanólsameindanna. Þetta er hliðstætt og þegar einum bolla af grænum baunum og einum bolla af sykri er blandað saman; þá er rúmmál blöndunnar minna en tveir bollar. Magn leystarefna í upplausnum er kallað styrkur (concentration) efnanna.

Ýmsir möguleikar eru á því að lýsa styrk í nákvæmlega skilgreindum mælieiningum. Í vísindum, svo sem efnafræði og skyldum greinum, er algengast að nota svokallaðan mólstyrk (molarity) sem styrkeiningu. Þannig er til dæmis sagt að tiltekin saltsýrulausn hafi styrkinn 1 mólar (1 M) þegar styrkur H+- og Cl--jóna er 1 mól (mole) á hvern lítra, en 1 mól er 6,23*102323 jónir (tala Avogadros). Í verslun og viðskiptum er hins vegar algengara að nota prósentureikning þegar styrkur er reiknaður. Tvær leiðir eru þá mest notaðar.

Í fyrsta lagi eru styrkir í vökva- og gasblöndum oft gefnir upp sem rúmmálsprósenta, P(r/R), sem er þá fjöldi millilítra af leystarefni í 100 millilítrum af upplausn, þar sem r táknar rúmmál leystarefnis og R heildarrúmmál lausnarinnar. Slíkar lausnir eru gerðar í mæliflöskum með því að setja ákveðið rúmmál af leystarefninu í flöskuna og fylla hana síðan að ákveðnu marki með leysiefninu. Þannig eru bæði rúmmál leystarefnis og heildarrúmmál lausnarinnar þekkt og því einnig P(r/R). Rúmmálsrýrnun, ef einhver er, skiptir því ekki máli; skilgreiningin sniðgengur hana. Nú er ljóst að í 30 millilítrum af 40%(r/R) viskýi eru 12 millilítrar af hreinum vínanda og í 500 millilítrum af 5%(r/R) bjór eru 25 millilítrar af hreinum vínanda. Brennivínsblandan sem nefnd var fyrr í svarinu er því samkvæmt skilgreiningu 48/96,3 sinnum hundrað eða 50%(r/R), það er að segja af hverjum lítra blöndunnar er hálfur lítri hreinn vínandi.

Í öðru lagi eru styrk oft lýst sem massaprósentu, P(m/M), þar sem m er massi leystarefnis og M heildarmassi upplausnarinnar. Þessi notkun á styrkeiningu hefur færst í vöxt á undanförnum árum, þar sem vogir verða sífellt handhægari og nákvæmari. Hér er P(m/M) jöfn fjölda gramma af leystarefni í 100 grömmum af upplausn. Slíkar upplausnir eru gerðar með því að vigta leystarefnið sér og upplausnarefnið sér og blanda síðan saman og er þá heildarmassi upplausnarinnar þekktur því að massinn leggst saman í blönduninni.

Tímarnir breytast og vel mætti hugsa sér að barir verði í framtíðinni útbúnir með nákvæmum vogum og maður bæði þar um 30 g af viskýi í staðinn fyrir einn einfaldan.

Mikilvægt er hins vegar að geta þess ávallt, hvort um rúmmáls- eða massaprósentu sé að ræða. Til dæmis er fyrstnefnda brennivínsblandan 50% vínandi miðað við rúmmál en aðeins 42% vínandi miðað við massa. Þetta fæst með því að skoða eðlismassa ethanóls, sem er 0,789 kg/cm3og er því massi 48 millilítra af ethanóli 37,9 grömm. Heildarmassi upplausnarinar er því 89,9 grömm og massaprósentan því 37,9/89,9 sinnum hundrað eða 42%(m/M).

Sem sagt hlutfall af rúmmáli og hlutfall af massa er hvorttveggja ágætis mælieiningar fyrir styrk vína; valið milli þeirra fer aðeins eftir því hverju maður er vanur eða hvað hentar hverju sinni, og mestu skiptir að vita hvor aðferðin á við.

Höfundur

Sigurjón N. Ólafsson

dósent í efnafræði við HÍ

Útgáfudagur

19.3.2002

Spyrjandi

Hrafnkell Eiríksson

Efnisorð

Tilvísun

Sigurjón N. Ólafsson. „Þar sem rúmmál leggst ekki saman þegar vökvum er blandað er þá hlutfall af rúmmáli góð mælieining fyrir styrk vína? “ Vísindavefurinn, 19. mars 2002. Sótt 25. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=2210.

Sigurjón N. Ólafsson. (2002, 19. mars). Þar sem rúmmál leggst ekki saman þegar vökvum er blandað er þá hlutfall af rúmmáli góð mælieining fyrir styrk vína? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=2210

Sigurjón N. Ólafsson. „Þar sem rúmmál leggst ekki saman þegar vökvum er blandað er þá hlutfall af rúmmáli góð mælieining fyrir styrk vína? “ Vísindavefurinn. 19. mar. 2002. Vefsíða. 25. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=2210>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Þar sem rúmmál leggst ekki saman þegar vökvum er blandað er þá hlutfall af rúmmáli góð mælieining fyrir styrk vína?
Þegar einum vökva er hellt út í annan getur vel farið svo að rúmmálið verði minna en samanlagt rúmmál vökvanna var áður. Þetta er það sem spyrjandi hefur réttilega í huga og dæmi um það koma fram í svarinu hér á eftir. Þar kemur einnig í ljós hvernig menn komast fram hjá þessu með því að nota ákveðna og einræða skilgreiningu á rúmmálshlutfalli.

Einsleitar blöndur efna í vökvaham eru kallaðar upplausnir eða lausnir (e. solution). Það efni sem mest er af er kallað leysiefni (solvent) og það eða þau efni sem eru í minnihluta kölluð leystarefni eða leyst efni (solute). Oftast er talað um að leystarefnin séu leyst upp í leysiefninu. Upplausnir þar sem leysiefnið er vatn, svokallaðar vatnslausnir, eru allt í kringum okkur; til dæmis eru kranavatn, vín og sjór slíkar lausnir. Upplausnir með öðrum leysiefnum eru einnig algengar, svo sem bensín eða naglalakksleysir.

Þegar einum lítra af bensíni og einum lítra af dísilolíu er blandað saman fást tveir lítrar af eldsneytisblöndu. Það er þó ekki ávallt svo að þegar tveimur vökvum er blandað saman að heildarrúmmálið sé jafnt samanlögðu rúmmáli hvors vökva um sig. Hjá minnihluta vökvanna kemur það fyrir, að heildarrúmmálið er minna en summa rúmmála hinna einstöku þátta blöndunnar. Þessi munur er nefndur rúmmálsrýrnun.

Tökum nú lítið dæmi: Þegar 48 millilítrum af hreinu etanóli (vínanda) og 52 millilítrum af vatni er blandað saman verður blandan ekki 100 millilítrar, heldur aðeins 96,3 millilítrar. Ástæða rúmmálsrýrnunarinnar er líklega sú að sameindir vatns eru miklu minni en sameindir etanóls og koma sér að nokkru leyti fyrir í holrúmum milli etanólsameindanna. Þetta er hliðstætt og þegar einum bolla af grænum baunum og einum bolla af sykri er blandað saman; þá er rúmmál blöndunnar minna en tveir bollar. Magn leystarefna í upplausnum er kallað styrkur (concentration) efnanna.

Ýmsir möguleikar eru á því að lýsa styrk í nákvæmlega skilgreindum mælieiningum. Í vísindum, svo sem efnafræði og skyldum greinum, er algengast að nota svokallaðan mólstyrk (molarity) sem styrkeiningu. Þannig er til dæmis sagt að tiltekin saltsýrulausn hafi styrkinn 1 mólar (1 M) þegar styrkur H+- og Cl--jóna er 1 mól (mole) á hvern lítra, en 1 mól er 6,23*102323 jónir (tala Avogadros). Í verslun og viðskiptum er hins vegar algengara að nota prósentureikning þegar styrkur er reiknaður. Tvær leiðir eru þá mest notaðar.

Í fyrsta lagi eru styrkir í vökva- og gasblöndum oft gefnir upp sem rúmmálsprósenta, P(r/R), sem er þá fjöldi millilítra af leystarefni í 100 millilítrum af upplausn, þar sem r táknar rúmmál leystarefnis og R heildarrúmmál lausnarinnar. Slíkar lausnir eru gerðar í mæliflöskum með því að setja ákveðið rúmmál af leystarefninu í flöskuna og fylla hana síðan að ákveðnu marki með leysiefninu. Þannig eru bæði rúmmál leystarefnis og heildarrúmmál lausnarinnar þekkt og því einnig P(r/R). Rúmmálsrýrnun, ef einhver er, skiptir því ekki máli; skilgreiningin sniðgengur hana. Nú er ljóst að í 30 millilítrum af 40%(r/R) viskýi eru 12 millilítrar af hreinum vínanda og í 500 millilítrum af 5%(r/R) bjór eru 25 millilítrar af hreinum vínanda. Brennivínsblandan sem nefnd var fyrr í svarinu er því samkvæmt skilgreiningu 48/96,3 sinnum hundrað eða 50%(r/R), það er að segja af hverjum lítra blöndunnar er hálfur lítri hreinn vínandi.

Í öðru lagi eru styrk oft lýst sem massaprósentu, P(m/M), þar sem m er massi leystarefnis og M heildarmassi upplausnarinnar. Þessi notkun á styrkeiningu hefur færst í vöxt á undanförnum árum, þar sem vogir verða sífellt handhægari og nákvæmari. Hér er P(m/M) jöfn fjölda gramma af leystarefni í 100 grömmum af upplausn. Slíkar upplausnir eru gerðar með því að vigta leystarefnið sér og upplausnarefnið sér og blanda síðan saman og er þá heildarmassi upplausnarinnar þekktur því að massinn leggst saman í blönduninni.

Tímarnir breytast og vel mætti hugsa sér að barir verði í framtíðinni útbúnir með nákvæmum vogum og maður bæði þar um 30 g af viskýi í staðinn fyrir einn einfaldan.

Mikilvægt er hins vegar að geta þess ávallt, hvort um rúmmáls- eða massaprósentu sé að ræða. Til dæmis er fyrstnefnda brennivínsblandan 50% vínandi miðað við rúmmál en aðeins 42% vínandi miðað við massa. Þetta fæst með því að skoða eðlismassa ethanóls, sem er 0,789 kg/cm3og er því massi 48 millilítra af ethanóli 37,9 grömm. Heildarmassi upplausnarinar er því 89,9 grömm og massaprósentan því 37,9/89,9 sinnum hundrað eða 42%(m/M).

Sem sagt hlutfall af rúmmáli og hlutfall af massa er hvorttveggja ágætis mælieiningar fyrir styrk vína; valið milli þeirra fer aðeins eftir því hverju maður er vanur eða hvað hentar hverju sinni, og mestu skiptir að vita hvor aðferðin á við....