Densidade de líquidos

Densidade de líquidos

Introdução.

Para satisfazer as exigências da vida diária (e também da ciência), novas medições foram criadas, ao longo do tempo. No cotidiano é comum dizermos, por exemplo, que o chumbo “pesa” mais do que a madeira. No entanto, 1 Kg de chumbo afunda, enquanto 1 Kg de madeira flutua na água. É fácil perceber, porém, que tal comparação só se torna justa e racional quando feita entre volumes iguais:

Ex.: 1cm3 de madeira “pesa” entre 0,60 g e 0,08g, enquanto que 1cm3 de chumbo “pesa” 11,40g.

Daí surge o conceito de densidade dos materiais, que para Arquimedes foi descoberto da seguinte forma:

“Um problema preocupava Hierão, tirano de Siracusa, no século III a.c.: Havia encomendado uma coroa de ouro, para homenagear uma divindade, mas suspeitava que o ourives o enganava, não utilizando ouro maciço em sua confecção. Como descobrir, sem danificar a coroa, se seu interior continha uma parte feita de prata? Só um homem talvez conseguisse resolver a questão: seu amigo Arquimedes, famoso matemático e inventar de vários engenhos mecânicos. Hierão mandou chamá-lo e pediu uma resposta que pusesse fim à sua dúvida. Arquimedes aceitou a incumbência e pôs-se a procurar a solução para o problema. Esta lhe ocorreu durante o banho. Observou que a quantidade de água que se elevava na banheira , ao submergir, era equivalente ao volume de seu próprio corpo. Ali estava a chave para resolver a questão proposta pelo tirano. No entusiasmo da descoberta, Arquimedes saiu nau pelas ruas, gritando: Eureka! Eureka! (Achei! Achei!)

Logo densidade pode ser absoluta ou relativa. A densidade absoluta (também massa volúmica ou massa volumétrica ou massa específica) de um corpo, define-se como o quociente entre a massa e o volume desse corpo. Desta forma pode-se dizer que a densidade mede o grau de concentração de massa em determinado volume. O símbolo para a densidade é ρ (a letra grega ) e a unidade SI para a densidade é quilogramas por metro cúbico (kg/m³).

Densidade relativa é a relação entre a densidade da substância em causa e a massa volúmica da substância de referência (a água é geralmente tomada como referência). É uma grandeza adimensional, devido ao quociente. Quando a matéria se expande, sua massa volúmica diminui e quando a matéria se contrai, sua massa volúmica aumenta, por isso quando se diz que um corpo tem uma densidade de 5, quer dizer que tem uma massa volúmica 5 vezes superior à da água (no caso dos sólidos e líquidos).

Como a densidade é uma propriedade específica da matéria, pode ser utilizada para determinar a pureza de um material, pois é significativamente alterada pela presença de contaminantes. Ela também tem certa relação com a temperatura, pois quando se aumenta a temperatura de um determinado fragmento de matéria, tem-se um aumento do volume fixo desta, pois haverá a dilatação ocasionada pela separação dos átomos e moléculas. Ao contrário, ao se diminuir a temperatura, tem-se uma diminuição deste volume fixo. A quantidade de massa existente num dado volume é chamada de massa volúmica.

A densidade de líquidos pode ser determinada por medidas da massa do liquido que ocupa um volume conhecido (método do picnômetro) e pro métodos de flutuação baseados no principio de Arquimedes.

Como já visto a densidade depende da temperatura e essa dependência, se expressa pela seguinte equação:

ρ = ρ0 (1- ßT)

Onde: ρ = densidade do liquido na temperatura (T); ρ0 = densidade do liquido em 0°C; ß = coeficiente de dilatação cúbica.

Verifica-se por outro lado que a densidade das soluções é também função de sua concentração. Desta forma, se os componentes de uma solução qualquer se misturam sem que haja variação de volume, ou seja, se o volume da solução for rigorosamente igual à soma dos volumes de seus componentes, a densidade é linear.

Método do Picnômetro.

Instrumento de laboratório usado sobretudo para calcular a densidade relativa de um sólido ou líquido.

O picnômetro é um pequeno frasco de vidro construído cuidadosamente de forma que o seu volume seja invariável. Ele possui uma abertura suficientemente larga e tampa muito bem esmerilhada, provida de um orifício capilar longitudinal. Muito utilizado para determinar a densidade de uma substância.

Método do densimetro.

Densímetro é um aparato que tem por objetivo medir a massa específica (também chamada densidade) de líquidos. Existem várias maneiras de conceber este aparato, sendo que em uma das formas mais comuns se apresenta como um tubo de vidro longo fechado em ambas as extremidades. Este tubo é mais largo em sua parte inferior e possui uma graduação na parte mais estreita.

Todo o aparato deve ser imerso em um recipiente cheio do líquido do qual se deseja conhecer a massa específica até que ele possa flutuar livremente. A leitura é realizada observando em que marca da graduação fica posicionada a superfície do líquido.

Uma das utilidades do densímetro é inferir propriedades dos líquidos através da inspeção de sua massa específica, principalmente quando os líquidos são misturas de substâncias. Nestes casos é possível inferir se a composição da mistura é a esperada ou não a partir do valor esperado para a massa específica da mistura.

O densímetro faz uso do princípio do empuxo descoberto por Arquimedes. O empuxo é a força que provoca a flutuação dos corpos nos líquidos, sendo proporcional a densidade ρ, ao volume do corpo V e a aceleração da gravidadeg dado pela relação:

I = ρVg

Por causa desta relação de proporcionalidade é posssível descobrir a densidade dado que a aceleração da gravidade é conhecida e constante, o volume do densímetro também é conhecido e constante assim como a força de empuxo que na flutuação iguala a força peso.

Tipos de densímetro

La forma más conocida de densímetro es la que se usa para medir la densidad de leche, llamado lactómetro , que sirve para conocer la calidad de la leche. A forma mais conhecida de densímetro, tambem conhecido como hidrômetro é usado para medir a densidade do leite, chamado galactômetro , usado para determinar a qualidade do leite. La densidad específica de la leche de vaca varía de 1,027 hasta 1,035. A gravidade específica de leite de vaca varia de 1,027-1,035. Como la leche contiene otras sustancias, aparte de agua (87%), también se puede saber la densidad específica de albúmina , azúcar, sal , y otras sustancias más ligeras que el agua. Dado que o leite contém outras substâncias além da água (87%), também se pode conhecer a gravidade específica de albumina, açúcar, sal e outras substâncias mais leves que a água.

Para comprobar el estado de carga de una batería se utiliza variedad de densímetro. Para verificar o status de carregar uma variedade de densímetro utilizado. Está constituido por una probeta de cristal, con una prolongación abierta, para introducir por ella el líquido a medir, el cual se absorbe por el vacío y el asado interno que crea una manzana de goma situada en la parte superior de la probeta. É constituída por um cilindro de vidro com uma extensão aberta para ela entrar no líquido a ser medido, que é absorvida pelo vazio interno e assar cria um bloco de borracha localizada na parte superior da amostra. En el interior de la misma va situada una ampolla de vidrio, cerrada y llena de aire, equilibrada con un peso a base de perdigones de plomo. Dentro dele está localizado numa ampola de vidro, selado e preenchido com ar, equilibrada com um peso base de granalha de chumbo. La ampolla va graduada en unidades densimétricas, de 1 a 1,30. O frasco é graduado em Densímetros 1-1,30.

La escala Baumé se basa en considerar el valor de 10ºBé al agua destilada. Baume escala baseia-se em consideração o valor de 10 ° Bé a água destilada. Existen fórmulas de conversión de ºBé en densidades: Existem fórmulas para a conversão de ° Bé densidades:

  • Para líquidos mas densos que el agua: d = 146'3/(136'3+n) Para líquidos mais densos que a água: d = 146'3 / (n + 136'3)

  • Para líquidos menos densos que el agua: d = 146'3/(136'3-n) Para os líquidos mais leves que a água: d = 146'3 / (n-136'3)

Existem ainda os densímetros digitais, que obedecem ao mesmo proceso do dnsimetro comum. Nestes densímetros pode ser feito um controle mais acurado da temperatura da amostra, alem de proporcioanr um valor de densidade mais preciso e uma medida relativamente rápida com um volumen menor de amostra (cerca de 1 mL). Sua maior desvantagem parece ser o preço (muito alto em relação ao densímetro comum, de leitura direta).

Objetivos.

Determinar a densidade de algumas substâncias com o auxílio do densímetro e do picnômetro, e comparar essas densidades com as da bibliografía, para verificar a eficácia dos dois métodos.

Procedimento.

Materiais:

  • Água;

  • Álcool etílico.

Aparelhos e vidrarias:

  • Balança analítica;

  • Picnômetro;

  • Béquer;

  • Proveta;

  • Pipetas;

  • Balões volumétricos;

  • Densímetro;

  • Termômetro.

Método:

1-Método do picnômetro:

  • Lavou-se o picnômetro com água destilada, o secou e pesou-lhe com exatidão de 0,01g;

  • O picnômetro foi enchido com água destilada, e com cuidado secou-se sua superfície externa, foi pesado novamente com a mesma exatidão;

  • O procedimento foi repetido para a várias concentrações de álcool etílico;

  • Foram anotados todas as densidades encontradas e tambem a temperatura em que se passava o experimento.

2-Método do densímetro:

  • Todas as substancias foram colocadas em provetas uma de cada vez, e colocou-se o densímetro dentro para medir suas densidades;

  • Foram anotados as densidades e a temperatura em que o experimento acontecia.

Obs.: No decorrer do experimento forma tomados os seguintes cuidados: Não tocou-se no picnômetro com a mão ( foi usado papel absorvente); eliminou as bolhas; lavou-se bem o picnômetro na troca de líquidos, usando na ultima etapa da lavagem o líquido da pesagem seguinte; secou-se o picnômetro externamente, sem tocar na parte superior.

Resultados e execução dos cálculos.

QUADRO 1-Anotação experimental.

Substância

Conc de álcool (%)

Picnômetro vazio (g)

Picnômetro cheio d’água (g)

Picnômetro cheio da solução (g)

Volume do picnômetro (mL)

Densidade com densímetro (g/cm3)

Álcool

20

30,9363

79,3574

78,2748

50

0,96

Álcool

40

30,9363

79,3574

77,1006

50

0,95

Álcool

50

30,9363

79,3574

76,2281

50

0,94

Álcool

60

30,9363

79,3574

75,1809

50

0,93

Álcool

70

30,9363

79,3574

74,2503

50

0,90

Álcool

80

30,9363

79,3574

72,8861

50

0,88

Álcool

95

30,9363

79,3574

69,9168

50

0,81

Água destilada

__

30,9363

79,3574

___

50

0,98

Tabela de dados:

Pressão atmósferica (atm)

Temperatura ambiente inicial (°C)

Temperatura ambiente final (°C)

1atm

30

30

Solução (%)

Densidade(g/cm3) à temperatura de 30°C

Álcool 20

0,96395

Álcool 40

0,92770

Álcool 50

0,90524

Álcool 60

0,88278

Álcool 70

0,858755

Álcool 80

0,83473

Discussão.

Nos dois experimentos feitos, com o picnômetro e com o densímetro foram obtidos erros pequenos, mas com o picnômetro teve-se uma precisão melhor, logo ele é mais eficaz que o densímetro.

Conclusão.

Os experimentos realizados puderam confirmar vários itens teóricos no estudo da densidade de líquidos. Pode-se tomar medidas experimentais, efetuar cálculos com elas, e comparar a dados achados na teoria. Os dados obtidos nos experimentos não tiveram erros tão significativos, no método do densímetro os erros foram maiores que com o método do picnômetro. Isso porque com o densímetro pode ocorrer erros de aferição do menisco, o aerômetro pode ficar torto, entre outros itens que acarretam em erros de medida.

Anexos.

Aplicação dos resultados experimentais.

1)Explique porque o clorofórmio é mais denso do que o diclorometano.

R.:

Substância

Densidade da substância líquida (g/cm3)

Massa molecular (g/mol)

Ponto de fusão (°C)

Ponto de ebulição (°C)

Diclorometano

1,3266

84,93

-96,7

40

Clorofórmio

1,48

119,38

-63,5

61,2

O clorofórmio é mais denso que o diclorometano, pois o clorofórmio possui mais cloro que o diclorometano, e consequentemente sua massa molecular é maior, o clorofórmio tem massa molar igual à 119,38g/mol, já o diclorometano tem massa molecular igaul à 84,93g/mol.

2)O que diz a teoria: Quem é mais preciso o método do picnômetro ou do densímetro? O experimento realizado confirma? Explique.

R.: Na teoria o picnômetro é bem mais preciso que o densímetro, e isso se confirmou no experimento feito, o picnômetro apresentou um erro muito pequeno,enquanto que o densímetro apresentou um erro significativo.

3)Quais as utilidades de determinar a densidade dos materiais?

R.: Para se determinar o grau de pureza das substâncias, pois é significativamente alterada pela presença de contaminantes, daí se pode determinar que substância esta se trabalhando ao compararmos com a os resultados da bibliografia.

4)Porque é necessário indicar a temperatura nos valores de densidade?

R.: Porque a temperatura vai influenciar na densidade dos materiais, quando se aumenta a temperatura de um determinado fragmento de matéria, tem-se um aumento do volume fixo desta, pois haverá a dilatação ocasionada pela separação dos átomos e moléculas. Ao contrário, qndo se diminui a temperatura, tem-se uma diminuição deste volume fixo. A quantidade de massa existente num dado volume é chamada de massa volúmica.

5)A densidade da água destilada e do álcool etilico a 20°C é aproximadamente 1,0g/mL e 0,7894g/mL, respectivamente. Compare os valores experimentais obtidos com estes valores. Discuta os erros que podem ter contribuído para as diferenças observadas.

R.: Erro =

Erro p/ a água:

E(%)=

Erro p/ o álcool:

20% E(%)=

40% E(%)=

50% E(%)=

60% E(%)=% =17,81%

70% E(%)=

80% E(%)=

95% E(%)=

O erro que ocorreu com a água teve como motivo principal a diferença de temperatura, pois o experimento se deu à aproximadamente 30°C; Os erros que ocorreram com os valores experimentais do álcool se devem tanto a diferença de temperatura, quanto as várias concentrações dos álcoois experimentados.

6)Calcular a massa específica das soluções que você usou com o método do picnômetro e depois determinar a densidade relativa destas soluções.

R.: Fórmula da massa específica(ρ) ou densidade absoluta:

ρ =

Fórmula da densidade relativa( não tem unidade de medida já que é uma grandeza adimensional):

Para se medir a densidade relativa de um corpo se estabelece uma comparação entre a densidade de um determinado elemento com a densidade de outro tomado como referência; nos sólidos e nos líquidos é comum utilizar a água destilada a 4°C como padrão para determinar a densidade realtiva destes,a densidade da água é 0,995944g/cm3.

  • Cálculos das massas espécificas (densidade absoluta):

Obs.: O volume do picnômetro

Como,1mL=1cm3, logo o volume do picnômetro é 50,20cm3.

P/ o álcool à várias concentrações:

20% ρ=g/cm3

40% ρ=g/cm3

50% ρ=g/cm3

60% ρ=g/cm3

70% ρ=/cm3

80% ρ=g/cm3

95% ρg/cm3

P/ a água:

ρ = g/cm3

  • Cálculo das densidades relativas:

P/ as várias concentrações do álcool:

20% 

40% 

50% 

60% 

70% 

80% 

95% 

P/ a água:

7)Construa um gráfico que contenha as densidades na ordenada e as concentrações na abscissa para os dois métodos empregados.

R.: Gráfico do Picnômetro:

Gráfico do Densímetro:

8)Comparem as densidades do álcool etílico nas concentrações conhecidas, com as que você encontrará na bibliografia (Tabela 2). Discuta os erros que podem ter contribuído para as diferenças observadas.

a) Pelo método do picnômetro;

Interpolação

Erro:

20% E(%)=

40% E(%)

50% E(%)

60% E(%)

70% E(%)=

80% E(%)

b)Pelo método do densímetro:

20% E(%)

40% E(%)

50% E(%)

60% E(%)

70% E(%)

80% E(%)

Referências Bibliográficas.

_Gráficos montados no Microsoft Office Excel 2007.

_Macedo,Horácio.Fisico-quimica: um estudo dirigido sobre eletroquímica,cinética,átomos...Ed.Guanabara S.A.Rio de Janeiro.p.82

_Rangel,Renato N..Práticas de físico-química.3ª edição.Ed. Edgard Blücher.

_Apostila de físico-química experimental.ed.2010.

UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PRAÍBA- UEPB

CENTRO DE CIENCIAS E TECNOLOGIA – CCT

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – DQ

LABORATÓRIO: Físico-Química Experimental

PROFESSOR (a): _ Dauci Pinheiro Rodrigues.

ALUNO (a): Auricéia Farias Bezerra

CURSO: Licenciatura em Química MAT: _072051728

TÍTULO DO EXPERIMENTO: Densidade de Líquidos.

Nº. DO EXPERIMENTO: 02

RECEBIDO EM: ___\__\____ POR: Auricéia Farias Bezerra

CORREÇÃO

PREPARAÇÃO: __________________________

RELATÓRIO:____________________________

PROVA:_________________________________

NOTA GLOBAL: ______________ (____________________)

RUBRICA DO (a) PROFESSOR (a): ___________________________

UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PRAÍBA- UEPB

CENTRO DE CIENCIAS E TECNOLOGIA – CCT

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – DQ

LABORATÓRIO DE FÍSICO-QUÍMICA I

RELATÓRIO

EXPERIMENTO 2: Densidade de Líquidos.

Campina Grande, PB

Abril de 2010.

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