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UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO

AULA PRÁTICA – QUÍMICA EXPERIMENTAL

RELATÓRIO fev/2013

DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS

Leonardo Rodrigues dos Santos 002201201576

Mayra Santos Cavini 002201200470

Vanessa Murari Francisco 002201200142

Fevereiro/2013

RESUMO DO EXPERIMENTO

O experimento abordou a determinação da densidade de diferentes materiais líquidos e sólidos, regulares e irregulares. Utilizou-se para a análise; água, etanol,naftalina, bola de vidro, lâmina de cobre e prego.

Contudo, foi verificado mudanças de densidade dos materiais devido à temperatura e precisão dos instrumentos laboratoriais.

INTRODUÇÃO TEÓRICA

Uma das propriedades que caracteriza uma substância é a sua densidade. A densidade é definida como a massa da unidade de volume de uma substância, ou, simplesmente, massa por unidade de volume. A densidade de um objeto é calculada pela divisão da massa do objeto por seu volume, ou:

A densidade expressa a quantidade de matéria presente em uma dada unidade de volume.

As densidades de sólidos e líquidos são comumente expressas em gramas por centímetro cúbico, g/cm3, unidades derivadas SI. (Devido à equivalência do mililitro e do centímetro cúbico, a unidade gramas por mililitro, g/mL, embora não pertencente às unidades SI, equivale exatamente a gramas por centímetro cúbico.) Os gases são muito menos densos do que os outros estados da matéria, por isso a unidade SI gramas por decímetro cúbico, g/dm3, é a mais conveniente. (A unidade equivalente gramas por litro,g/L, não pertencentes às unidades SI, é ainda muito usada.)1

Massa e volume são propriedades gerais da matéria, ou seja, são propriedades que qualquer material tem em função da quantidade. Já a razão entre a massa e o volume de um objeto depende do material do qual ele é feito, ou seja, é uma propriedade específica de cada material, à qual se dá o nome de densidade. Sendo uma propriedade específica que expressa uma relação de medidas, a densidade é considerada uma grandeza.2

Variação da densidade da água com a temperatura:

A água é o mais importante de todos os óxidos e, possivelmente, o mais importante de todos os compostos. As reações químicas que acontecem no nosso organismo ocorrem em meio aquoso, e graças às propriedades da água, a vida em nosso planeta foi capaz de surgir e se desenvolver.

Um fato interessante, e que evidencia a peculiaridade da água, por exemplo, em relação à temperatura de ebulição, é que entre os hidretos das famílias IVA, VA, VIA e VIIA a água apresenta a maior temperatura de ebulição, fato este surpreendente, pois ela é um dos hidretos de menor massa molecular. Estimativas sinalizam que a água deveria entrar em ebulição a –200ºC a 1atm de pressão.

Algumas propriedades físicas da água são bem características, como a viscosidade, a tensão superficial, o calor específico, entre outras. É um fato conhecido de todos que a água consegue subir até a mais alta folha de uma árvore, opondo-se a força gravitacional da terra, isto devido ao fenômeno da capilaridade (atração de um líquido para o interior de estreitos espaços). A molécula de água não é linear. Os átomos de hidrogênio formam entre si um ângulo de 104,5º, conferindo a ela uma geometria angular. Sua molécula é polar, e quando no estado líquido ou sólido, as moléculas se associam através das ligações de hidrogênio.

Os estudos com raios-x mostram que os átomos de oxigênio (de moléculas adjacentes) ao redor de um dado oxigênio estão localizados nos vértices de um tetraedro regular. Em função dessa geometria, a estrutura do gelo se estende em três dimensões. Essa estrutura contém canais hexagonais (como um favo de mel), e, por causa deles, o gelo tem densidade relativamente pequena. Quando o gelo se funde, a estrutura se torna menos organizada, mas não é completamente destruída. A uma temperatura próxima do ponto de fusão, os átomos de oxigênio ainda são tetraedricamente rodeados por quatro átomos de hidrogênio, como no gelo. Sabe-se que o arranjo em seu conjunto é menos organizado e está sujeito a uma transformação contínua. Verifica-se, nesta situação, que alguns dos canais hexagonais foram desfeitos, originando uma estrutura mais densa, e, portanto, mais desorganizada3.

Os dados da tabela abaixo evidenciam que a densidade máxima da água ocorre a 3,98ºC.

Tabela 1– diferentes densidades da água:

Alguns métodos para obtenção da densidade de líquidos:

Picnômetro:

Figura 1- Picnômetro

Instrumento de laboratório usado 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.

Densímetro:

Figura 2- densímetro.

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 gravidade dado pela relação:

I = ρVg

Por causa desta relação de proporcionalidade é possível 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 peso4.

Métodos para verificar a densidade de materiais sólidos regulares e irregulares:

Sólidos regulares

A massa de um objeto pode ser medida facilmente com uma balança, o volume de um objeto regular pode ser calculado medindo-se e multiplicando-se a sua: largura (l), comprimento (c) e altura (h).

Para medir o volume de cilindros usa-se a fórmula:

E o volume de esferas a fórmula:

Sólidos irregulares

Medir o volume dos sólidos irregulares: O volume de objetos irregulares pode ser medido colocando-a em um recipiente cheio de água; o volume de água deslocada é igual o volume do objeto irregular.

Logo, mergulhando duas amostras sólidas de densidades diferentes em duas provetas diferentes com mesmo nível de água, podemos concluir que: a amostra de maior densidade desloca menor volume, pois tem mais massa em um pequeno volume5.

Paquímetro:

Figura 3 - Paquímetro

Um paquímetro (por vezes também chamado de craveira) é um instrumento utilizado para medir a distância entre dois lados simetricamente opostos em um objeto. Um paquímetro pode ser tão simples como um compasso. O paquímetro é ajustado entre dois pontos, retirado do local e a medição é lida em sua régua. Vernier, é a escala de medição contida no cursor móvel do paquímetro, que permite uma precisão decimal de leitura através do alinhamento desta escala com uma medida da régua. Os paquímetros são feitos de plástico, com haste metálica, ou inteiramente de aço inoxidável. Suas graduações são calibradas a 20ºC.

A medida de um comprimento com uma escala métrica, graduada em milímetros, em geral permite obtenção de resultado aproximado até décimos de milímetro, desde que se faça avaliação visual da fração de milímetros que possa estar contida no comprimento que se mede. Um observador treinado,em escala bem feita (quando as condições de observação forem favoráveis), pode avaliar até 0,1 de divisão.Entretanto,ao estimar um desvio cometido na medida de um comprimento, com escala métrica,deve-se levar em conta que há duas coincidências a serem observadas: a do inicio a do fim do objeto,o que acarreta dupla incerteza6.

OBJETIVOS

O experimento teve como finalidade calcular as diferentes densidades de materiais sólidos e líquidos, regulares e irregulares. Determinar a densidade de líquidos com diferentes instrumentos laboratoriais. Trabalhar com algarismos significativos e a média aritmética.

PARTE EXPERIMENTAL

Experimento (a): Determinação da densidade da água.

Materiais Utilizados (a):

1 termômetro em °C, 2 béqueres de 50mL, 1 pipeta graduada de 10mL, 1 pera, 1 proveta de 10mL, 1 conta gotas, 1 balança semi-analítica, água destilada (H2O).

Procedimento Experimental (a):

Adicionou-se água destilada ao béquer e em seguida mediu-se sua temperatura com um termômetro. Pipetou-se 10mL da água destilada com a pipeta graduada. Tarou-se outro béquer e posteriormente adicionou-se 10mL de água destilada, medindo então sua massa. Repetiu-se este procedimento outras 2 vezes, anotando os valores obtidos.

Novamente adicionou-se água destilada ao béquer e em seguida mediu-se sua temperatura com um termômetro. Adicionou-se 10mL de água destilada à proveta com o auxílio de um conta gotas. Tarou-se outro béquer e posteriormente adicionou-se 10mL de água destilada, medindo então sua massa. Repetiu-se este procedimento outras 2 vezes, anotando os valores obtidos.

Resultados e Discussões (a):

Utilizando a pipeta para medir o volume de água destilada obtiveram-se os seguintes valores:

Tabela 2- temperatura e volume da água destilada (pipeta).

Pipeta

Temperatura (°C)

Massa (g)

1

25,5

10,12

2

26

9,98

3

25

10,15

Tirando-se a média aritmética da temperatura e da massa temos:

temperatura =

massa =

Considerando o volume de água destilada como sendo de 10mL, obtém-se a densidade a partir da fórmula:

Tabela 3- temperatura e volume da água destilada (proveta).

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