Что такое соленость и в каких показателях ее можно выражать

[AChernitsky 5]

Господа, для того, чтобы избежать спора слепого с глухим, я предлагаю сперва определить базовые понятия. Желательно – со ссылками на источники

 

Основной источник у меня будет Спот

Spotte, S., 1992. Captive seawater fishes. A Wiley-Interscience Publication 942. очень серьезная книга для профессионалов.

 

Так вот, по Споту, соленость означает «общее содержание неорганических ионов в определенной массе морской воды». Соленость – суть отношение масс. Соленость выражается в г/кг или, что то же самое (1:1000) в ‰ (промилле).

 

До этого места возражения есть? :tuplu:

 

А что такое масса? Ма́сса — физическая величина, отвечающая способности физических тел сохранять свое поступательное движение (инертности), а также характеризующая количество вещества. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%81%D1%81%D0%B0.

В быту массу часто путают с весом, но теоретически это не верно. Вес — сила воздействия тела на опору (или другой вид крепления в случае подвешенных тел), возникающая из-за гравитационного притяжения. Как правило говорят о притяжении Земли, но весом обладают тела и на других планетах. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%81

 

То есть масса – это мера количества вещества, а вес – это сила. Вес пропорционален массе, поэтому гравитационные весы, которые по сути измеряют вес, могут служить и для измерения массы, если их соответствующим образом проградуировать. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%81

 

Еще хочу обратить внимание спорящих, что не существует абсолютных единиц измерения, все они относительны. Единица измерения является мерой, с помощью которой измеряется та или иная физическая величина. Это измерение представляет собой прямое или косвенное сравнение физических характеристик с соответствующими (физически подобными) эталонами, принятыми за единицу и называемыми единицей измерения. Единицы измерения физических величин подразделяются на основные и производные. Величины, для которых единицы измерения вводятся из опыта с помощью природных или искусственных эталонов, по условию называются первичными или основными. (Подробнее – в хорошей статье «Анализ размерностей» http://journal.issep.rssi.ru/page.php?year...r=6&page=83

 

Так, для наших дальнейших рассуждений о массе, весе и объеме надо вспомнить, что http://si-syst.org.ru/page1.html

Масса Килограмм есть единица массы, равная массе международного прототипа килограмма (и все!, так просто)

Объем. Литр – это кубический дециметр. Дециметр – одна десятая часть метра, а метр? Метр есть длина пути, проходимого светом в вакууме за время в 1/299 792 458 с.

 

И, чтобы уже не возвращаться к этому, дадим определение плотности http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%...%82%D0%B2%D0%B0

Пло́тность вещества́ — определяется как отношение массы вещества m к занимаемому им объёму V. Таким образом, плотность ρ=m/V.

Плотность измеряется в кг/м³ в системе СИ и в г/см³ в системе СГС.

 

Если есть возражения – давайте. Если нет, то скоро продолжу.

[A&A 10]

Соленость – суть отношение масс. Соленость выражается в г/кг или, что то же самое (1:1000) в ‰ (промилле).

 

До этого места возражения есть? :tuplu:

Возражений нет, но хотелось бы уточнения.

Величина солености - это:

- столько-то грамм соли, всыпанные в кг воды

или

- столько-то грамм соли, оставшиеся после испарения 1 кг воды?

[AChernitsky 5]

Возражений нет, но хотелось бы уточнения.

Величина солености - это:

- столько-то грамм соли, всыпанные в кг воды

или

- столько-то грамм соли, оставшиеся после испарения 1 кг воды?

 

Правильный ответ - второй, но не все так просто. Скоро выложу.

[ealex 2]

Господа, для того, чтобы избежать спора слепого с глухим, я предлагаю сперва определить базовые понятия. Желательно – со ссылками на источники

 

Основной источник у меня будет Спот

Spotte, S., 1992. Captive seawater fishes. A Wiley-Interscience Publication 942. очень серьезная книга для профессионалов.

 

Так вот, по Споту, соленость означает «общее содержание неорганических ионов в определенной массе морской воды». Соленость – суть отношение масс. Соленость выражается в г/кг или, что то же самое (1:1000) в ‰ (промилле).

 

До этого места возражения есть? :tuplu:

Есть возражения, солёность применительно к морской воде - это применяемая в океанографии величина, имеющая своё определение, единиц не имеет, но часто обозначается как PSU (Practical Salinity Unit), хотя разница между PSU и ppt и небольшая.

 

Например, тут: http://ioc.unesco.org/oceanteacher/OceanTe...inityScales.htm

[AChernitsky 5]

Есть возражения, солёность применительно к морской воде - это применяемая в океанографии величина, имеющая своё определение, единиц не имеет, но часто обозначается как PSU (Practical Salinity Unit), хотя разница между PSU и ppt и небольшая.

 

Например, тут: http://ioc.unesco.org/oceanteacher/OceanTe...inityScales.htm

 

О, дискуссия началась.

 

Так с чем именно Вы, уважаемый ealex не согласны в определении солености?

(О методах ее измерения мы поговорим чуть позже)

 

Согласны ли Вы, что соленость

1. это концентрация

2. то есть соотношение количества растворенного вещества и количества раствора?

 

Если мы будем выражать то и другое количество в одинаковых величинах, то показатель концентрации будет безразмерный (единицы исчезнут при делении)

 

Например, если в 100 кг раствора находится 1 кг соли, то концентрация будет выражаться либо величиной 0,01, либо 1%, либо 10‰.

 

Если же мы будем выражать количества вещества в разных единицах, то получим любые размерности: молекулы на тонны, граммы на литры, милимоли на кубометр и пр, на сколько хватит фантазии

 

До этого места возражения есть?

 

А про PSU я отвечу позже.

[AChernitsky 5]

Итак, соленость – это отношение массы растворенных солей к массе раствора. Измерить ее напрямую вроде бы просто, достаточно хороших весов. Взяли порцию морской воды, профильтровали, чтобы только растворенные вещества остались, взвесили, высушили, взвесили сухой остаток, разделили один вес на другой.

 

На практике все гораздо сложнее. Кроме того, что это трудоемкий и долгий метод, его результаты будут зависеть от условий сушки. Растворенные вещества могут кристаллизоваться по-разному. Кристаллы хлористого кальция, осевшие при низких температурах, будут включать по 2 молекулы воды на молекулу хлористого кальция, а у хлористого магния воды будет даже 6 молекул. Причем внешне это будут совершенно сухие кристалы. Результат определения солености будет завышен.

 

При высокой температуре это будут безводные кристаллы, и вес осадка окажется меньше. Но если повысить температуру высушивания, то начнут разлагаться, например, соли угольной кислоты, углекислый газ улетит и и из карбоната кальция получится окись кальция, Результат будет занижен.

 

Поэтому соленость морской воды измеряют косвенными методами, используя такие свойства воды, которые зависят от солености. А как учит нас наука физхимия, многие физические свойства жидкостей зависят от концентрации в них рвчтворенных веществ.

 

Так что надо выбрать те показатели жидкости, которые можно легко и точно измерить – и вперед

 

Можно измерять электропроводность морской воды с помощью кондуктометров, можно мерить температуру замерзания криоскопом, можно определять плотность и коэффициент преломления света.

 

Но все это – косвенные методы измерения количественного соотношения растворенного вещества и раствора.

 

Пока все, надо идти делать растворы.

[ealex 2]

Так с чем именно Вы, уважаемый ealex не согласны в определении солености?

(О методах ее измерения мы поговорим чуть позже)

 

Согласны ли Вы, что соленость

1. это концентрация

2. то есть соотношение количества растворенного вещества и количества раствора?

 

Итак, соленость – это отношение массы растворенных солей к массе раствора.

Этим определением солёности по отношению к морской воде пользовались до 1889 года. Затем оно изменялось в 1889, 1902, 1969, и, наконец, в 1978 году. Вы, конечно же, можете пользоваться каким хотите определением, а я, пожалуй, от дальнейшей дискуссии воздержусь. :hmmm:

[UglyAdmin 0]

Этим определением солёности по отношению к морской воде пользовались до 1889 года. Затем оно изменялось в 1889, 1902, 1969, и, наконец, в 1978 году. Вы, конечно же, можете пользоваться каким хотите определением, а я, пожалуй, от дальнейшей дискуссии воздержусь. :hmmm:

ХМ, нормально определение, классическое.

Другое дело, что морская вода - это многокомпонентный раствор и оценивать его только по одному показателю несколько странно - соотношение элементов опущено. С другой стороны, если рассматривать приготовление воды из готовой соли (также многокомпонентной), то этого вполне достаточно.

[AChernitsky 5]

Этим определением солёности по отношению к морской воде пользовались до 1889 года. Затем оно изменялось в 1889, 1902, 1969, и, наконец, в 1978 году. Вы, конечно же, можете пользоваться каким хотите определением, а я, пожалуй, от дальнейшей дискуссии воздержусь. :hmmm:

 

Ну зря Вы так, именно с Вами я хотел в конце концов добраться до обсуждения разниц терминов удельного веса и плотности воды. Не уходите, я искренне Вас прошу :roll:

 

И еще раз, давайте не путать два значения слова "определение"

1. Толкование термина

2. Метод измерения

 

Если Вам не нравится толкование термина "соленость" как концентрация, то дайте свое. Ваша ссылка на PSU касается методов измерения.

[ealex 2]

Я имел в виду именно толкование термина, ни в коем случае не метод измерения...

 

Правда толкование термина со временем было изменено много раз именно из-за неточностей в толковании термина и сложностей в измерении, но это не важно, важно IMHO в теме "Что такое соленость и в каких показателях ее можно выражать" разобраться, какую солёность по толкованию термина имеют в виду, когда говорят, например, о солёности на коралловых рифах.

[AChernitsky 5]

Я имел в виду именно толкование термина, ни в коем случае не метод измерения...

 

Так приведите его, это толкование.

 

ХМ, нормально определение, классическое.

Другое дело, что морская вода - это многокомпонентный раствор и оценивать его только по одному показателю несколько странно - соотношение элементов опущено. С другой стороны, если рассматривать приготовление воды из готовой соли (также многокомпонентной), то этого вполне достаточно.

 

Соотношение основных элементов в морской воде постоянно и не зависит от солености. (Не помню, чьим именем названо это правило, но оно есть). Если соотношение нарушено, соленая вода не считается морской.

[AChernitsky 5]

Продолжим. Прямое измерение количества (массы) разнообразных ионов в морской воде невозможно, поэтому соленость измеряли косвенными методами.

 

В предыдущей части, перечисляя косвенные методы, я забыл упомянуть самый старый и заслуженный – измерение количества иона хлора. Хлор дает 54% всей солености, а мерить его, в отличие от натрия, научились давно. Его титруют азотнокислым серебром, методика очень точная, не требующая сложного оборудования, вполне годящаяся для работы в экспедициях и на кораблях.

 

Для расчета солености S с 1902 г. использовали формулу с хлорным числом (chlorinity)

S = 0.03 + 1.805Cl,

в которой хлорное число Cl – это «масса серебра, ушедшего на полное осаждение галогенов (то есть не только ионов хора, но также брома и иода) в 0.3285234 кг морской воды».

Тот, кто считает, что в такой формулировке отсутствует отношение масс, может бросит в меня камень.

 

В 1964 году Юнеско приняло в качестве стандарта уточненную формулу с использованием хлорного числа

S = 1.80655 Cl.

Хочу обратить ваше внимание на то, что при такой методике о измеряли количество вещества, пусть не всего, а части, но количество.

 

Но в те же годы стали внедряться методы определения солености по электопроводности, поскольку их можно было автоматизировать. Я еще застал на кораблях замену бюреток для титрования хлора на огромные ящики электросолемеров. Поскольку тут уже измеряли не количество вещества, а электрические свойства, то нужна была калибровка прибоа, позволявшая пересчитывать одни показатели в другие. Для калибровки электросолемеров по всему миру служила «Копенгагенская вода», специально приготовленная смесь солей, близкая по концентрации и составу макроэлементов к морской воде.

 

В 1978 г в качестве международного стандарта стали использовать Практические единицы солености Practical Salinity Units (psu). Электропроводность морской воды стали сравнивать с электопроводностью раствора хлористого калия. (32,4356 г в 1 кг раствора, или же 3,24356% или же 32,4356‰). Поскольку на электропроводность раствора, кроме его концентрации, влияют температура и давление, то по правилам температура испытуемого и стандартного раствора должны быть 15 градусов, а давление воздуха – 1 атм.

 

Подытоживая этот кусок, еще раз отмечу, что это – история методов океанологов, которым нужно измерять соленость с очень большой точностью, для того, чтобы разделять водные массы в океане, следить за теченииями и пр. При этом, исходное определение солености, с которого я начал, никто из океанологов не оспаривал. Речь шла о упрощении и стандартизации методов измерения солености.

[AChernitsky 5]

Выше мы рассмотрели историю принципов измерения солености. Но нам, в отличие от океанологов, не нужна такая точность. Морские биологи, рыбоводы и аквариумисты пользуются более простыми способами, основанными на определении рефракции и плотности растворов.

 

Если рефрактометром измеряют соленость, то он называется солемером. Его шкала проградуирована в промилле и SG. У моего японского прибора шкала в промиле от 0 до 100, шкала D 20/20 от 1,000 до 1,070 и все это для температуры в 20 градусов. (Что такое SG – обсудим потом)

 

Далее – отсюда, http://merlin.com.ua/chem/refrakto.html, с сокращениями.

Рефрактометрия один из широко используемых в анализе веществ метод, позволяющий довольно просто определить концентрацию двухкомпонентных растворов.

 

Рефрактометрия - метод, основанный на явлении преломления, изменении прямолинейного распространения света при переходе из одной среды в другую, называемого рефракцией.Показателем преломления (коэффициентом преломления) называют отношение синуса угла падения луча света к синусу угла его преломления sin a/sin b = n

 

Так как показатель преломления зависит от внутреннего состояния вещества, он также зависит от температуры, давления, концентрации, природы растворителя. Поэтому для систематизации полученных результатов, принимается показатель преломления (принятых стандартными), снятый при температуре 20±0,3 0С, в спектре натрия (598,3 нм). Полученный в данных условиях показатель преломления имеет обозначение nD20 , который и используется в справочных данных основных физико-химических свойств веществ.

 

Обычно измерение показателя преломления проводят при температуре 20 0С. Однако, при измерениях в условиях другой температуры, вводят поправку на температуру по формуле [2].

n' = n20 + (20-t)*0,0002

где n'-показатель преломления при измеряемой температуре, n - стандартный показатель преломления, t - температура, при которой проводилось измерение.

 

Для воды и водных растворов при температурах 20±5 0С показатель преломления изменяется практически на одну и ту же величину, поэтому в этом интервале температур, для водных растворов температурную поправку вносить не нужно.

 

Наиболее распространенном в аналитических лабораториях является рефрактометры Аббе. Pефрактометр Аббе позволяет применять освещение не монохроматическим, а белым светом, откалиброванным под желтую линию натрия. При этом в окуляре 5 получается окрашенная граница поля. Если граница в окуляре не резкая или окрашенная, то добиваются компенсатором резкой границы темного поля.

Точность измерения на рефрактометрах Аббе достигает 0,0001 – 0,0003.

 

Показатель преломления исследуемого вещества в рефрактометре Аббе обычно отсчитывают непосредственно по шкале или определяют при помощи специальных таблиц.

 

 

На практике рефрактометрия используется для определения концентрации растворов, если ее величина не ниже 3%.

 

Для большинства водных растворов в которых содержится одно растворенное вещество, зависимость показателя преломления от концентрации выражается следующим уравнением

С = (n-n0)/F

 

где n - показатель преломления раствора, n0 - показатель преломления растворителя, F - фактор показателя преломления, показывающий величину прироста показателя преломления при увеличении концентрации раствора на 1%.

 

Там еще много подробностей, советую почитать

[AChernitsky 5]

Народ, это кто-нибудь читает?

Писать дальше или не интересно?

[platax 209]

Народ, это кто-нибудь читает?

Писать дальше или не интересно?

Александр здравствуйте, конечно читаем, это ОЧЕНЬ интересная информация, я давно хотел Вас поблагодарить за столь серьезное раскрытие темы, только не хотел перебивать.

Большое спасибо за Ваш труд по нашему просвящению, продолжайте пожалуйста. :vo:

[Kazumoto 3]

Что значит не интересно? Очень даже интересно. Я, конечно припоминаю еще с Универа кое-что, но большая часть знаний уже повылетала из головы. Очень полезно вспомнить, тем более, что топик останется и всегда можно будет посмотреть.

[Buffs 0]

Интересует, особенно это:

Можно измерять электропроводность морской воды с помощью кондуктометров, ...

Так же интересует возможность непрерывного измерения в течении длительного времени.

[Luwa 7]

конечно читает :hmmm: большое спасибо!!!

[AChernitsky 5]

Интересует, особенно это:

 

Так же интересует возможность непрерывного измерения в течении длительного времени.

 

Устанете калибровать. И электроды обрастут.

[Sleepy 51]

СПАСИБО !!! ОЧЕНЬ ИНТЕРЕСНО !!! Наконец-то кто-то систематизированно согласился разложить всё по полочкам! Всё, не отвлекайтесь, пишите дальше.

[albert 1]

Если рефрактометром измеряют соленость, то он называется солемером. Его шкала проградуирована в промилле и SG. У моего японского прибора шкала в промиле от 0 до 100, шкала D 20/20 от 1,000 до 1,070 и все это для температуры в 20 градусов.

Можете ли указать изготовителя и марку Вашего солемера? А рефрактометра Abbe вряд ли многие могут себе позволить.

[Buffs 0]

Устанете калибровать. И электроды обрастут.

Значит схема из известной книжки не работает?

 

 

Знать точное абсолютное значение - это важно для науки. А больше хочется поддерживать точное относительное.

[AChernitsky 5]

Можете ли указать изготовителя и марку Вашего солемера? А рефрактометра Abbe вряд ли многие могут себе позволить.

 

Японский ATAGO. Несколько лет назад его купили за 1200 шекелей, это примерно 350 долларов.

Аbbe, насколько я понял из статьи - это принципиальная схема

 

Значит схема из известной книжки не работает?

 

 

Знать точное абсолютное значение - это важно для науки. А больше хочется поддерживать точное относительное.

 

Большинству, ИМХО, и точное относительное не важно. Надо понимать, что и зачем мы измеряем, и в каких пределах допустимы колебания данного показателя.

 

А что касается автоматического контроля за состоянием аквариума, не знаю я удачных реальных решений. Если хотите обсудить это - выносите в самостоятельную тему.

[AChernitsky 5]

Теперь перейдем к вопросу, не раз обсуждавшемся на этом форуме – что такое плотность и удельный вес, есть ли между ними разница.

 

Вопрос действительно сложный и запутанный.

 

Вот трактовка этих понятий из профессионального справочника по физике и химии (CRC Handbook of Chemistry and Physics) 1977 г. Это толстая дорогая книга, которой я по сей день пользуюсь при необходимости найти характеристики разных веществ и их растворов.

 

Density – Плотность - содержание вещества, измеренная в массе единицы объема. Размерность: единицы веса, разделенные на единицы объема

 

Specific Gravity – Удельный вес (удельная масса) – отношение массы вещества к массе аналогичного объема воды при температуре +4 градуса Цельсия или при любой другой установленной температуре. Размерность – безразмерная величина

 

После чего мною был написан следующий комментарий: Что такое «...объема воды при температуре +4 градуса Цельсия или при любой другой установленной температуре». Как мы все помним со школьных лет, наибольшую плотность химически чистая вода имеет при +4 градусах. Именно 1 литр воды при 4 градусах и нормальном давлении долгое время был эталоном килограмма.

 

Более холодная или более теплая вода менее плотная. Поэтому, если мы хотим строго использовать понятие SG (удельный вес), то должны указать, какой температуры была вода, использовавшаяся для сравнения.

 

В лабораториях обычно используют температуру 20 градусов Цельсия, а американцы любят сводить все к 60 градусам Фаренгейта (14,56 грдусов Цельсия). Обозначают это латинской буквой D с верхним и нижним индексами. Верхний индекс показывает температуру, при которой производилось определение веса, а нижний – температуру воды, использовавшейся для сравнения.

 

То есть, если написано D20/20, то это значит, что и измеряемая жидкость и вода находились при температуре 20 градусов, а если написано D20/4, то измеряемая жидкость имела температуру 20 градусов, а вода – 4 градуса.

 

В последнем случае удельный вес и плотность будут численно равны, поскольку масса 1 литра воды при 4 градусах равна 1 кг, т.е. будет деление на 1.

 

Для других аквариумных температур разница будет, но очень маленькая.

 

Таблица: Плотность чистой воды при разных температурах

 

Градусы С Плотность (г/см3) Разница с плотностью при 4 С, %

0 0.999868 -0.01321

4 1 0.0000

10 0.999728 -0.02723

15 0.999127 -0.08735

15,56 0.999039 -0.09611

20 0.998232 -0.17677

25 0.997074 -0.29261

30 0.995676 -0.43244

 

Извините, не смог отформатировать таблицу

 

Так что те, кого не смущает разница в 0,5% измеряемой величины, могут немедленно забыть все, рассказанное в данном посте и употреблять «плотность» и «удельный вес» как синонимы

 

А потом я решил посмотреть, а что написано в последнем издании CRC (Handbook of Chemistry and Physics, Copyright CRC Press LLC 2002). Это уже PDF фаил, не такой удобный, как бумажное издание. И тут я с удивлением узнал, что «плотность» и «удельный вес» уже толкуются по-иному.

 

Определение плотности: Density - In the most common usage, mass density or mass per unit volume. Плотность – В самом общем употреблении – массовая плотность или масса единицы объема

Примечание к таблице: Density (mass per unit volume) in g/cm3. The temperature in °C is indicated by a superscript. Плотность (масса на единицу объема) в г/см3. Температура в градусах Цельсия обозначена верхним индексом.

 

А с удельным весом за последние 30 лет произошли интересные изменения. Specific gravity - Ratio of the mass density of a material to that of water. Since one must specify the temperature of both the sample and the water to have a precisely defined quantity, the use of this term is now discouraged. Отношение плотности материала к плотности воды. Поскольку необходимо точно измерить температуру как пробы, так и воды, чтобы получить точный результат, этот термин в настоящее время выведен из обращения.

 

И действительно, в новой версии нужных мне таблиц характеристик растворов уже нет двух столбцов (плотность и удельный вес), а есть только плотность.

 

Так что мы будем измерять в морской воде плотность и только плотность

А как измерять– поговорим на следующей неделе.

[albert 1]

Так что те, кого не смущает разница в 0,5% измеряемой величины, могут немедленно забыть все, рассказанное в данном посте и употреблять «плотность» и «удельный вес» как синонимы

По моему Вы немного спешили этим выводом или предложением. Все зависит от того, какая наша цель. Мы же говорим о плотности и удельной массе и меряем их в контексте определения солености морской воды.

 

Например, пусть у нас в аквариуме температура 25 градусов. Мы мерили арэометром то, не знаем что, :roll: и получили результат 1.0233. Если мы мерили плотность, то у нас соленость 35, а если удельную массу, то 31. Тут ошибка уже (35-31)/35=11.4% А обитателей аквариума не интересует, что мы мерили или надеялись мерить, их интересует только соленость.