Определение плотности стекла.

Плотность – величина, определенная для однородного тела как масса единицы его объема с размерностью г/см³, г/л.

Величиною похожей на плотность по размерности является концентрация – содержание (вес, масса) вещества в единице объема среды (растворителя).

Плотность – концентрация структурных единиц вещества (атомов, молекул, ионов) в единице объема пространства.

Другой величиной, похожей на плотность по размерности является удельный вес (г/см³). (Удельный вес- отношение веса тела Р к его объёму V. Масса - мера инертности тела, величина постоянная, измеряется в килограммах (в системе СИ). Вес - сила, с которой тело действует на опору или подвес, измеряется в Hьютонах, зависит от внешних условий. В невесомости вес тела равен нулю, а масса остаётся неизменной.)

Плотность стекла является характеристикой, зависящей от его состава, т.е. чем большей атомной массой обладают элементы, входящие в состав стекла, тем выше его плотность. Плотность может изменяться в результате структурного уплотнения стекла. Плотность уменьшается с ростом содержания двуокиси кремния, достигая минимального значения 2,2 г/см³ для кварцевого стекла и увеличивается с ростом содержания окислов цинка, бария, свинца. При 80% PbO плотность равна 6 г/см³. Увеличению плотности способствует термическая обработка: закаленное стекло имеет меньшую плотность, чем отожженное. Увеличению плотности способствует кристаллизация стекла.

Плотности стекол г/см³:

- стекло рассеивателя фар 2,46 – 2,48

- листовое 2,47 – 2,49

- свинцовый хрусталь 2,7 – 4

- флинты оптические до 8

Для измерения плотности используют методы:

1. Пикнометрическое взвешивание. Чистый и сухой пикнометр взвешивается на аналитических весах, затем в него помещается стекло и пикнометр взвешивается, далее заливается водой до метки и взвешивается.

Плотность определяется по формуле:

 – вес пустого пикнометра

 - вес пикнометра + осколка

 – вес пикнометра с водой без осколка

 - вес пикнометра + вода + стекло

 - плотность воды (при 4°С = 1 г/см³)

 - плотность воздуха при комнатной температуре.

Погрешность метода 0,001 г/см³. Рекомендуются пикнометры 25 – 50 мл, для микроосколков – 5 мл.

2. Метод гидростатического взвешивания. Основан на законе Архимеда и заключается в сравнении весов образца в воздухе и его же погруженного в жидкость (вода дистиллированная, толуол, ксилол). (Закон Архимеда – закон статики жидкостей и газов, согласно которому на погруженное в жидкость (или газ) тело действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме тела.)

 

 

 

	толуол		ксилол

 

Образец на проволоке 0,5 мм, предварительно взвешенный, подвешивается на коромысло весов и погружается в жидкость таким образом, чтобы он не касался ни дна, ни стенок сосуда.

 – вес образца с проволокой в воздухе.

 - вес проволоки в воздухе

 - вес образца с проволокой в жидкости

 - вес проволоки в жидкости

 - плотность жидкости при температуре опыта

Необходимо следить, чтобы на осколке не было воздушных пузырьков.

3. Метод свободного осаждения.

Плотность стекол, осколки изделий из которых наиболее часто встречается в экспертной практике:

- рассеиватели фар 2,46 -2,48

- триплекс 2,47 – 2,49

- закаленное стекло сталенит 2,46 – 2,49

- тарное 2,46 – 22,51

- медицинское стекло 2,37 – 2,54

- строительное, листовое 2,45 – 2,50

- электровакуумное 2,49 – 2,89

Данные о плотности используются как один из основных признаков при дифференциации и идентификации групп. Для установления родовой принадлежности изделий из стекла значение плотности осколков сравнивается с табличными значениями для стекол целевого назначения.

Показатель преломления.

Определение показателя преломления: основными константами характеризующими плотность стекла является показатель преломления, дисперсия, угол полного внутреннего отражения, коэффициент поглощения и пропускания, оптическая плотность. (Доля света, которая проходит сквозь материал, характеризуется коэффициентом пропускания, а доля, которая поглощается — коэффициентом поглощения. Оптическая плотность D- мера непрозрачности слоя вещества для световых лучей. Равна десятичному логарифму отношения потока излучения F0, падающего на слой, к ослабленному в результате поглощения и рассеяния потоку F, прошедшему через этот слой: D = lg (F0/F),). Закон Бугера –Ламберта- Бэра: Если мощность пучка, вошедшего в слой вещества толщиной l, равна Io, то, согласно Б.—Л.—Б. з., мощность пучка при выходе из слоя I = I ₀ e^{- ccl}, где c — удельный показатель поглощения света, рассчитанный на единицу концентрации с вещества, определяющего поглощение; c зависит от природы и состояния вещества и от длины волны проходящего излучения

В экспертной практике используются измерения показателя преломления. Показатель преломления обозначается n_d²⁰. 20 – температура, при которой измеряется показатель, D –желтая линия натрия.

n_d²⁰ характеризуется отношением скорости распространения света в вакууме (для практических целей в воздухе) к скорости распространения в исследуемом объекте. Определяется как синус угла падения α к синусу угла преломления β луча в материале.

                

 

 

Значение n_d²⁰ не зависит от внешних условий. При измерении не происходит уничтожение или видоизменение объекта, поэтому показатель преломления является устойчивым признаком, которого бывает достаточно при проведении исследования. Для определения показателя преломления используются рефрактометры, но применение для экспертиз ограничено необходимостью наличия у исследуемого объекта двух плоскопараллельных гладких поверхностей. Образец должен иметь форму прямоугольного параллелепипеда с размерами 20×20×10 мм с полированными и взаимно перпендикулярными гранями.

Лекции Асташовой Елены, СЭ-081.