homechevron_rightУчебаchevron_rightХимия

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:

PLANETCALC, Процент этилового спирта в водно-спиртовом растворе

Процент этилового спирта в водно-спиртовом растворе

Температура смешиваемых жидкостей в градусах Цельсия
Знаков после запятой: 2
Объемная доля спирта при температуре 20° C
 
Объем раствора при 20° C
 
Объем раствора при заданной температуре
 
Массовая доля спирта
 
Масса раствора
 

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:

PLANETCALC, Зависимость плотности водно-спиртового раствора от температуры и концентрации спирта

Зависимость плотности водно-спиртового раствора от температуры и концентрации спирта

Знаков после запятой: 2
График плотности водно-спиртового раствора
Файл очень большой, при загрузке и создании может наблюдаться торможение браузера.

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.

Ссылка скопирована в буфер обмена
Creative Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 (Unported) PLANETCALC, Содержание спирта в водно спиртовом растворе

Комментарии