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液体密度的基本原理
日期：2024-02-24 05:54
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摘要：
液体密度的基本原理
密度是物质的特性之一，它可以表示物质密集的程度。在特定温度下某物质单位体积的重量，称为**密度(absolute density)，通常以密度(density)称之。若以M与V分别表示物质的重量与体积，则密度ρ表示为：
ρ＝M/V
液体物质的密度量测，可选择水为参考液来当作标准物质进行相对密度实验，所测得相对密度(亦称作比重)，是以物质与同体积水的重量之比。
物质(t℃)的重量 ρx(t℃)
d(4℃~t℃)＝-----------------------------＝ ------------------
同体积水(4℃)的重量 ρw(4℃)
d(4℃~t℃)：欲测物质之比重，ρx(t℃)：物质(t℃)的密度，ρw(4℃)：水(4℃)的密度，其值为 1g/cm3
液体物质的密度或比重是重要的物理常数，在化学工业及食品业中的酸、碱、盐、酒精、石油、糖等液体物质，当其组成及浓度发生变化时，其密度往往也随之改变，因此，经常测定是必要的。
对于有机化合物的液体密度，其所受众多影响因素中，温度与压力属于外在因素。当系统的温度上升或下降时，由于热胀冷缩的关系，液体的体积会膨胀或缩小，则液体的密度亦随之减小或增大。例如：工业上常见的有机溶剂有乙醇、丙酮、异辛烷等。以异辛烷为例，当其温度由290k增加到300k时，液体密度则降低了0.0081g/cm3，降幅为1.29%。当系统的压力增大或减小时，液体的体积也会有些许的减少或增加的趋势，但其变化的幅度比温度改变所造成者小的多，例如：异辛烷，当承受的压力由1bar增加到20bar时，则液体密度增加了0.0018g/cm3，增幅只有0.26%，故压力所造成的液体密度变化量比温度所造成者为小。
此外，液体的极性、碳链的长度等内在因素，也会影响有机化合物的液体密度，如正已烷或环戊烷等非极性液体，其分子之间只有一种非常微弱的吸引力，称为伦敦分散力(London dispersion force)，而两极分子间的吸引力，除了分散力之外，还有长久偶极间或长久偶极和感应偶极间的交互作用，使得分子的排列更加紧密。故一般而言，极性分子的液体密度要比非极性分子者大。而某些分子如醇类或酸类等极性液体，其分子间的吸引力因分子间氢键的存在而加强，所以此类化合物的液体密度通常会比较大，例如乙酸和甲酸甲酯是同分异构物，乙酸因形成分子间氢键，在293.5k时的液体密度为1.0492g/cm3，大于甲酸甲酯在293.5k时的液体密度为0.974.2g/cm3。
对同系列的非极性液体与偶极炬极小的液体而言，因分子中原子数目增加，使得分子间的引力变大，液体密度也随之增大。而对于醇类或酸类等偶极炬较大的极性液体而言，碳链的增长反而使得液体密度减少，这是因为此类化合物分子会因碳链的增长，使得分子的偶极炬变小，而分子间的吸引力也随之减小，因此密度也随之减小。
一般而言，化合物分子的形状愈对称，其液体密度比较大。此乃形状愈对称的分子，其分子排列较紧密，分子间的吸引力较大之故。例如：正戊烷与异戊烷，正戊烷形状较对称，在293.15k时液体密度为0.626g/cm3，略大于异戊烷在293.15k时液体密度为0.620g/cm3。如上所述，会影响液体密度的内在因素，皆以液体分子的化学结构息息相关。故在探讨有机化合物的液体密度时，其化学结构是极重要的影响因素，须加考虑之。
