學習重點 分清絕對黏度與運動黏度:絕對黏度常用厘泊(cP),運動黏度常用厘斯(cSt);兩者以同溫下的密度換算:運動黏度=絕對黏度÷密度。 掌握毛細管黏度計公式ν=Kt(ν 為運動黏度),能以標準液的運動黏度及流出時間,用比例求出檢品的運動黏度。 理解液體黏度與溫度、分子量的關係:溫度愈高黏度愈小;黏度與分子量有關。能判斷水比乙醚流經毛細管的時間長。 掌握比重的定義、受溫度影響、中華藥典標準溫度 25℃,以及固體、氣體也可測比重。 辨認一般比重瓶與 Geissler 比重瓶的差異:Geissler 型附溫度計,可讀取容器中心溫度。 核心觀念 一、絕對黏度與運動黏度 黏度表示流體流動時抵抗相鄰流層相對運動的程度。絕對黏度又稱動力黏度,英文為 dynamic viscosity,常以 η 表示;運動黏度的英文為 kinematic viscosity,常以 ν 表示。兩者名稱相近,但意義與單位不同,不能混用。 比較項目絕對黏度運動黏度 英文Dynamic viscosityKinematic viscosity 常用符號ην 意義流層間抵抗相對運動的程度絕對黏度除以同溫密度 常用單位泊(P)、厘泊(cP)斯(St)、厘斯(cSt) 國際單位Pa·s(1 cP=1 mPa·s)m²/s(1 cSt=1 mm²/s) 基本關係為ν=η/ρ,亦即η=νρ。ρ 必須是該液體在相同溫度下的密度。η 用 cP、ρ 用 g/cm³ 時,算出的 ν 即為 cSt。例如絕對黏度 3 cP、同溫密度 1.5 g/cm³,運動黏度為 2 cSt。 考題偶有中文名詞與括號英文不一致的寫法,例如「運動黏度(dynamic viscosity)等於其絕對黏度除以該液體同溫時之密度」。此類敘述以中文名詞與公式判斷:運動黏度=絕對黏度÷同溫密度,內容正確,命題上視為正確敘述;真正的錯誤選項通常是概念性錯誤(如「黏度與分子量無關」)。但自己記憶時仍要記住:dynamic viscosity 是絕對黏度。 二、毛細管黏度計與流出時間 毛細管法是測定液體在規定條件下流經毛細管所需的時間來求黏度,Ubbelohde 型即為常見的毛細管黏度計。計算式為ν=Kt(題目也常寫成 V=Kt): ν(V):運動黏度(不是絕對黏度) K:黏度計常數 t:液面通過指定刻度間的流出時間(秒) 使用同一支黏度計、相同溫度測量時 K 相同,因此: ν檢品/ν標準液=t檢品/t標準液即ν檢品=ν標準液×(t檢品/t標準液)。 例:已知乙醚運動黏度 0.2 cSt,流下需 2 秒;同溫、同一黏度計下檢品需 20 秒,則檢品運動黏度=0.2×20/2=2 cSt。 由此可知液體通過毛細管的時間愈長,其黏度愈大,此敘述為正確。若題目提供的是絕對黏度,須先用密度換算成運動黏度,再代入時間比例。 三、溫度與分子性質對黏度的影響 純液體的黏度隨溫度而變化,溫度愈高,黏度愈小,因此測定時必須控溫,黏度數值須註明測定溫度。 黏度與分子量、分子形狀及分子間作用力有關,「黏度大小與分子量無關」是錯誤敘述。 室溫下水的運動黏度約為 1 厘斯(cSt),考題將「室溫下水的運動黏度為 1 厘斯」視為正確。乙醚的運動黏度遠小於水(約 0.2~0.3 cSt),因此在同一毛細管黏度計、同溫下,水比乙醚流下所需的時間長。 四、比重的定義、溫度與適用對象 依藥典定義,比重係物質在空氣中之重量與同體積水重量之比值(在指定溫度下)。因為是同種物理量相除,比重沒有單位,與有單位(g/mL)的密度不同。 比重受溫度影響,因溫度會改變物質與水的體積及密度。若無特殊規定,中華藥典以 25℃ 為標準測定溫度。25℃ 下,乙醇的比重小於水。 比重測定一般以液體為多,但固體與氣體亦可測定;「氣體無法測定比重」為錯誤敘述。 五、一般比重瓶與 Geissler 比重瓶 比重瓶(pycnometer)是測定比重的裝置,利用固定容積配合天平秤量。一般比重瓶(specific-gravity bottle)常有帶毛細孔的瓶塞,充填時多餘液體由毛細孔排出,使瓶內液量一致。 令空瓶重 W₀、裝水後總重 W水、裝檢品後總重 W檢品(同溫度),則: 比重=(W檢品-W₀)/(W水-W₀) 操作時應使溫度穩定、避免瓶內氣泡,並擦乾瓶外液體。 裝置構造與辨識重點 一般比重瓶固定容積,配合外部天平秤量;瓶塞常具毛細孔。 Geissler 比重瓶附有溫度計,可讀取容器中心溫度,能確認檢品實際溫度;仍需外部天平秤量。 常考陷阱 「溫度愈高,黏度愈大」:錯。液體升溫黏度變小。 「絕對黏度以厘斯表示」:錯。厘斯是運動黏度單位;絕對黏度用厘泊。反之「運動黏度以厘斯表示」、「絕對黏度以厘泊表示」皆正確。 「運動黏度=絕對黏度×密度」:錯。應為除以同溫密度。 「V=Kt 中 V 為絕對黏度」:錯。V(ν)是運動黏度。 「黏度大小與分子量無關」:錯。黏度與分子量有關。 「乙醚比水流下所需時間長」:錯。水黏度較大,流下時間較長。 計算題:直接用 ν檢品=ν標準×t檢品/t標準,不要把時間比例倒過來。 「比重不受溫度影響」、「氣體無法測定比重」:皆錯。 Geissler 比重瓶的優點:答「可讀取容器中心溫度」;「內建秤量裝置」、「較不易產生氣泡」、「所需樣品較少」都是干擾選項。 記憶口訣 「絕對用泊,運動用斯;運動除密,絕對乘密。」先認單位,再決定密度是乘還是除。 「Kt 求運動,同管時間成正比;溫升黏降,水比乙醚慢。」 「比重無單位,二十五度要控溫,氣固皆可測;Geissler 看中心。」