密度及相關概念

在物理學中，密度是指某種物質的質量與該物質體積的比值，其公式為：

ρ = m / V

ρ—物質的密度，kg/m3；

m—物質的質量，kg；

V—物質的體積，m3。

密度是物質的物理特性，不同物質的密度一般不同，反映了不同物質的不同性質，因此，可以根據密度來鑒別物質。密度不隨物質形狀和空間地理位置的變化而變化，但因物質的狀態、溫度、壓強的改變而改變。例如，水的三種狀態冰、水、水蒸汽密度不同；蒸汽鍋爐中，同樣是水蒸汽，因壓強不同，蒸汽密度也不同。

密度在使用過程中，由于應用領域不同，物質形態差異，對其體積的定義有較大的區別，例如，對于塊狀金屬，其體積為排開水的容積；對于玉米、小米等糧食，更關心其堆體積；而對于多孔材料，需要了解其骨架體積。為此，需要對體積進行嚴格的定義。根據應用需求，體積可分為密實體積、自然體積和堆體積三類。

(1) 密實體積

密實體積是指密實狀態下的體積，即指構成材料的固體物質本身的體積。例如：翡翠、鋼板、瑪瑙、橡膠等。

(2) 自然體積

自然體積是指自然狀態下的體積，即指固體物質的體積與全部孔隙體積之和。例如：面包，表面有象蜂窩一樣的開孔，內部則是如同氣泡一樣的封閉孔。類似材料很多，木頭、透氣磚、分子篩、活性炭、泡沫等。

(3) 堆積體積

堆積體積是指自然狀態下的體積與顆粒之間的空隙之和。日常生活中*常見，例如：糧食、水泥、土壤等。

密度的相關概念，如體積密度、表觀密度、真密度等均與上述三個體積密切相關。以多孔材料為例，其體積包括開口孔隙、閉口孔隙和固體三部分，如下圖所示。深入材料內部，構成封閉狀，不與外界相通的孔為閉孔，所有的閉孔體積之和為閉口孔隙。一端在材料表面開口，另一端深入材料內部，稱為盲孔；一端在材料表面開口，穿過材料到另一端表面也存在開孔，稱為貫通孔；一端在材料表面開孔，深入材料內部后，又產生若干相通的分支，這些分支均通過主孔與材料表面相通，稱為交聯孔。盲孔、貫通孔和交聯孔都具有一個共性，即有一端與外界相通，所以這類孔統稱為開孔，由這些孔構成的開孔體積之和即為開口孔隙。

真實密度

真實密度簡稱真密度（true density），是指物質在密實狀態下單位體積的質量，其表達公式為：

ρt = m / V固

ρt—多孔材料的真實密度，kg/m3；

m—多孔材料固體的質量，kg；

V固—多孔材料中固體骨架部分所占的體積，m3。

由公式可以看出，對于多孔材料單個顆粒而言，真密度是扣除開口孔隙和閉口孔隙體積后由物質骨架部分所占體積的質量，即材料在無孔狀態下的密度。對催化劑又稱骨架密度，它是單位體積催化劑骨架或固體部分(不包括顆粒之間間隙及顆粒內微孔體積)的質量。

由于苯、異丙醇等可以進入多孔材料除骨架以外的開孔中，因此可以用苯替代汞，采及排液置換法測定材料的真密度。但嚴格地講，苯不能進入多孔材料閉口孔隙和極微細的微孔中，所以苯測出的密度接近于真密度，如果需要精密地測定，需要將材料磨成粉末，破壞閉口孔隙，采用氦氣、氖氣或氬氣等不被材料吸附的惰性氣體以排氣置換法進行測定，通常采用真空容量法吸附裝置。

表觀密度

表觀密度（apparent density）又稱視密度，是指多孔材料固體的質量與表觀體積之比，表觀體積是材料固體骨架部分所占體積加閉口孔隙所占體積，此體積即材料排開水的體積，其表達公式為：

ρa = m / (V固+V閉)

ρa—多孔材料的真密度，kg/m3；

m—多孔材料固體的質量，kg；

V固—多孔材料中固體骨架部分所占的體積，m3；

V閉—多孔材料中閉口孔隙所占的體積，m3。

體積密度

體積密度（particle density）是指多孔材料在自然狀態下單位體積的質量，對單個顆粒而言，又稱為顆粒密度，表示單個顆粒包括顆粒內部開口孔隙和閉口孔隙體積在內的密度。其表達公式為：

ρp = m / (V固+V開+V閉)