Содержание спирта в водно спиртовом растворе
Определяет массовую и объемную долю этилового спирта в растворе двух жидкостей с различным содержанием спирта.
В ответ на запрос Спирт, публикуем калькулятор, рассчитывающий количество чистого спирта в растворе из двух жидкостей с различным содержанием этилового спирта и воды. Я позволил себе слегка отклониться от требований оригинального запроса, в котором желали смешивать чистый спирт с водой, и добавил для каждой смешиваемой жидкости параметр, задающий содержание в ней спирта. Это позволяет мешать не только воду и спирт, но и другие жидкости, содержащие алкоголь. Для определения раствора с чистой водой, надо ввести ноль в графе для объемной доли спирта одной из жидкостей. Детали расчета и немного теории и истории можно найти сразу за калькулятором:
Процент этилового спирта в водно-спиртовом растворе
История
В 19-м веке как минимум одну треть бюджета Российской Империи составляли акцизы на алкогольные напитки. Акциз рассчитывается, в зависимости от крепости напитка (содержания чистого спирта). Поэтому задача определения количества чистого спирта была на уровне государственной важности. До тех пор, пока к этой теме не подключилась наука, крепость определяли довольно занятными методами. Например, долгое время наиболее распространенным видом крепкого вина в России был так называемый полугар (38% спирта). Способ отличия полугара от менее качественного алкоголя, содержащего меньшее количество чистого спирта, был крайне прост — если поджечь полугар, то он должен гореть до тех пор, пока не выгорит половина его объема.
Очевидно, что жечь спиртное для определения его крепости не всегда удобно, поэтому следующим шагом в истории российской водочной промышленности было привлечение западного опыта: для определения количества спирта стали применять ареометры (спиртометры) — приборы для определения содержания спирта, которые уже активно использовались в ведущих западных державах.
Спиртометры 19-го века, созданные для применения в мягком климате западных стран, давали плохие результаты в условиях русских температур, кроме того были различия в способах измерения объемов и крепости алкоголя. Эти предпосылки послужили стимулом к активизации отечественной науки в области исследования свойств растворов спиртов.
Теория
Д. И. Менделеев, провел серьезное исследование водно-спиртовых растворов. Работая над своей докторской диссертацией, Менделеев исследовал изменение удельного веса растворов спирта от его концентрации и температуры.
Объем (плотность) водно спиртового раствора, как и любой другой жидкости, зависит от температуры. Плотность раствора уменьшается с увеличением температуры (объем возрастает), изменение происходит нелинейно, так же, как и поведение плотности воды при изменении температуры. Известно что, максимальная плотность воды бывает при температуре около 4° C, затем при любом изменении температуры плотность уменьшается.
Также оказалось, что плотность раствора нелинейно изменяется при изменении концентрации спирта. Удивительный факт: объем воды и спирта в отдельности почти всегда больше объема раствора, полученного смешением этих компонентов. Эффект уменьшения объема водно-спиртового раствора, известный сейчас как контракция, достигает своего максимума при концентрации спирта в растворе от 50 до 60 процентов по массе, см. график:
Зависимость плотности водно-спиртового раствора от температуры и концентрации спирта
Четкой закономерности изменения объема выявлено не было, вместо этого Менделеевым были созданы приближенные формулы, которые используются для создания таблиц зависимости плотности спиртовых растворов от массовой или объемной доли, а также температуры. В настоящее время такие таблицы повсеместно применяются в спиртовой промышленности.
Наш калькулятор вычисляет массовую и объемную долю этилового спирта в в водно-спиртовом растворе из 2-х жидкостей с различным содержанием спирта путем линейной аппроксимации по таблицам плотности раствора спирта в воде от массовой и объемной концентрации и температуры ( таблица 1 и таблица 2 из [1]).
Количество жидкости можно задать в виде массы в граммах, либо в виде объема в миллилитрах. Объем жидкости зависит от ее температуры, поэтому для случая задания количества жидкостей через объем, необходимо ввести значение температуры, при которой действителен данный объем. Содержание спирта обычно указывается в процентах по объему (% об), что также не является однозначной величиной без указания температуры (если не указано, то обычно подразумевается температура 20° C). Гораздо точнее было бы указывать содержание в процентах от массы, которая не зависит от температуры. Но, увы, сложившуюся традицию сломать уже очень сложно, мало кто сможет смириться с тем что водка станет сразу «менее крепкой», ведь 40% объемных процентов при температуре 20° C это всего лишь 33% массовых процента. Кто же пойдет на уменьшение крепости стратегического напитка :)
Источники:
1) Таблицы для определения содержания этилового спирта в водно-спиртовых растворах. Том I. Москва ИПК Издательство стандартов.
2) Л.Б. Бондаренко Из истории русской спиртометрии.
Комментарии