lemmi
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Die Mohr-Westphal´sche Waage dient dazu, das spezifische Gewicht von Flüssigkeiten zu bestimmen. Sie vereint dabei auf geniale Weise zwei physikalische Phänomene, nämlich das Prinzip des Auftriebs und das Hebelgesetz. Erfunden hat das Ganze der sehr praktisch veranlagte Pharmazeut Karl Friedrich Mohr (1806-1879) dessen Andenken auch im Mohr´schen Salz (Ammoniumeisen-II-sulfat) und der Chloridbestimmung nach Mohr weiterlebt. Zu Beginn des 20 Jahrhunderts erhielt die Mohr´sche Waage ihre heute noch gebräuchliche Form – und gleichzeitig einen Doppelnamen. Der zweite hier Verewigte war vermutlich der Physiker Wilhelm Heinrich Westphal (1882-1978). Mohr hatte seiner Waage eine senkrecht stehende Zunge gegeben, wie sie bei den normalen Apothekerwaagen üblich ist, die auf einer Skala den Nullpunkt anzeigte. Westphal entfernte den Zeiger, verkürzte den linken Waagebalken und brachte an seinem Ende ein Gegengewicht mit einer Spitze an, die sich gegen eine zweite Spitze einpendeln muss, wenn der Apparat im Gleichgewicht ist. Das folgende Bild stammt aus Frerichs G, Arends G, Zörnig H: Hager´s Handbuch der Pharmazeutischen Praxis; 2. berichtigter Neudruck 1949, Springer-Verlag Berlin-Göttingen-Heidelberg:
Nun konnte ich bei der Auflösung eines alten Apothekenlabors eine solche Waage erstehen. Sie sieht fast genauso aus wie die Abbildung im Buch. Eine Jahreszahl oder einen Eichstempel habe ich nicht identifizieren können, das Alter ist also nicht sicher. Fest steht nur, dass sie vor 1969 gebaut wurde, denn die Aufschrift lautet „gemäß D.A.B. VI“ und das DAB 6 wurde in dem besagten Jahr vom DAB 7 abgelöst.
und in aufgebautem Zustand:
Das Gerät ist aus Messing gearbeitet. Am Waagebalken sieht man links das fixe Gewicht mit der Spitze, die die horizontale Ausrichtung anzeigen soll. Der rechte Teil des Waagebalkens ist in zehn gleiche Teile geteilt, die mit nummerierten Kerben gekennzeichnet sind. Am Ende befindet sich ein Haken, an dem ein Senkkörper aus Glas, der an einem dünnen Platindraht befestigt ist, eingehängt wird. Der Senkkörper hat bei meinem Modell ein Volumen von 5 cm³ und enthält ein eingebautes Thermometer, da das Volumen auf 20°C normiert ist (letzteres spricht dafür, daß die Waage nicht allzu alt ist, denn früher war es üblich, Meßgeräte bei 15°C zu eichen). Außerdem sind der Waage vier Reitergewichte beigegeben, die 5 g, 500 mg, 50 mg und 5 mg wiegen:
Zunächst stellt man das Gerät auf eine horizontale Unterlage und bringt die beiden Spitzen links durch geringes Verstellen der Schraube am Waagefuß genau gegenüber. Nun füllt man die untersuchende Flüssigkeit – benötigt werden ca. 75 ml derselben – in den Glaszylinder und taucht den Senkkörper vollständig ein. Dieser verdrängt nun 5 cm³ der Flüssigkeit und erhält dadurch einen auftrieb, der dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeitsmenge gleich ist. Dadurch hebt sich der Waagebalken rechts. Hier habe ich destilliertes Wasser verwendet:
Nun setzt man der Reihe nach die Gewichte, mit dem größten beginnend so auf den Waagebalken, daß das Gewicht in der letzten Kerbe platziert wird, bei der sich der Waagebalken gerade nicht senkt. Beim destillierten Wasser führt es zum Beispiel zu einem Absinken des Waagebalkens nach rechts, wenn man das größte Gewicht an den Haken des Senkkörpers hängt (was einer Dichte von 1,0 g/cm³ entspräche). Das Gewicht wird also in die Kerbe „9“ gehängt und die erste Dezimale der Dichte ist damit 0,9.
Dann hängt man das nächst kleinere Gewicht an den Haken, worauf sich der Waagebalken senkt. Also muss auch hier an die Kerbe „9“ umgehängt werden. Weil nicht zwei Gewichte in eine Kerbe passen, hängt man das zweite einfach an das hakenförmige Ende des ersten. Jetzt ist die zweite Dezimale bestimmt und die Dichte zu 0,99 ermittelt.
Schließlich wird das dritte Gewicht aufgelegt. Wenn es in der Kerbe „8“ hängt, befindet sich der Waagebalken genau im Gleichgewicht.
Reines Wasser hat bei 20°C also die Dichte 0,998 g/cm³, was mit den Tabellen übereinstimmt und auch als Eichwert auf der Umhüllung des Senkkörpers angegeben ist.
Als ich die folgenden Messungen durchführte betrug die Temperatur 22-23 °C, wodurch die Werte von denjenigen in der Literatur abweichen (die sich auf 20°C, oder bei den älteren Büchern wie meinem „Hager“ auf 15°C, beziehen).
Hier die Dichtebestimmung von konzentrierter Ammoniaklösung. Der abgelesene Wert beträgt 0,91 g/cm³, was bei 20°C genau 24% NH3 entspräche. Bei meinen 22°C ist der Gehalt wohl eine Spur niedriger anzusetzen.
Hier taucht der Senkkörper in Ethylacetat (bei 22°C). Wie groß ist die Dichte?
Nochmal der Waagebalken in Nahaufnahme:
Der Messwert beträgt 0,8948 g/cm³ (laut Wikipedia 0,894 g/cm³ bei 25°C – wer, zum Kuckuck, gibt denn jetzt auch noch Dichten bei 25°C an?)
Natürlich kann man auch Flüssigkeiten untersuchen, deren spezifisches Gewicht über dem des Wassers liegt. Der Waagebalken senkt sich in diesem Falle auch dann nicht, wenn man das größte Gewicht an den Haken ganz rechts hängt. Die Dichte beträgt also (1,0 + x) g/cm³. Durch zuhängen der nächsten Gewichte nach dem oben beschriebenen Schema wird auch hier der Waagebalken ins Gleichgewicht gebracht.
Als Beispiel hier eine Phosphorsäure, die ich als 85%ig gekauft habe:
Die Dichte ist 1,684 g/cm³, was hinkommt, denn 85%ige H3PO4hat bei 20°C die Dichte 1,689.
Oder hier Chloroform:
Dichte 1,472 g/ml bei 22°C. Der Wert beträgt bei reinem Chloroform bei 20°C 1,48 g/cm³. Nun ist dies hier Arzneibuchchloroform, das bis zu 1% Ethanol enthalten darf. Nach dem Reagenzienverzeichnis des Europäischen Arzneibuchs darf die Dichte zwischen 1,475 und 1,481 g/cm³ liegen. Ich muß nochmal bei 20°C nachmessen, vielleicht ist zu viel Ethanol drin…
Bei der Waage liegt übrigens noch eine Korrekturtabelle, die angibt, dass man für sehr genaue Messungen die Wirkung des Auftriebs in der Luft und des Flüssigkeitswulstes am Platindraht berücksichtigen muss. Demnach ist die Dichte rechnerisch um einen fixen Betrag zu korrigieren, und zwar bei einem Messwert von 0,7 g/cm³ um +0,0002 , bei 0,8 g/cm³um +0,0001. Liegt sie über 1 g/cm³, so muß ein Abzug erfolgen, der bei 1,1 g/cm³ 0,0001, bei 1,3 g/cm³ 0,0005, bei 1,5 g/cm³ 0,0008, bei 1,6 g/cm³ 0.001 und bei 1,8 g/cm³dann 0,0013 beträgt. Meine Schwefelsäure hat eine Dichte von 1,831 g/cm³, nach Korrektur also 1,827 g/cm³, was bei 20°C einem Gehalt von 92,78% H2SO3 gleichkäme (ich muss das Ettikett korrigieren, da steht „98%“ drauf!).
Fazit: das ist ein schönes Gerät mit einem genialen Funktionsprinzip, welches sehr genaue Messungen erlaubt!
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Lege, lege, lege,
ora, ora, ora,
relege, labora et inveniens!
Zuletzt bearbeitet von lemmi am 12/6/2012, 23:43, insgesamt 2-mal bearbeitet |
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Was mich interessiert ist, wie sinnvoll/genau ist eigentlich die Dichtebestimmung von zB Ammoniakwasser oder Schwefelsäure (konz.), weil beim einen gast es ja schnell aus und beim anderen zieht es ja Feuchtigkeit an?
Nun weiß ich auch mal, wie die Waage funktioniert...
www.ivnt.de