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Conservatório de Música do Porto Ciências Físico-Químicas

Relatório n.º 2 Determinar densidade de sólidos e líquidos

Realizado por: Afonso Henrique Barros Porto 18 de Maio de 2013


Relatório n.º 2 líquidos

Determinar densidades de sólidos e

Índice Pág. 1. Objectivo

3

2. Introdução

3

3. Materiais e Reagentes

4

4. Procedimento experimental

5

5. Resultados experimentais e cálculos efectuados

5

6. Conclusão

8


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Determinar densidades de sólidos e

1. Objectivo O trabalho teve como principais objectivos a determinação de densidade ou massa volúmica de líquidos, recorrendo de um densímetro, e ainda a densidade de sólidos de forma regulares e irregulares. 2. Introdução teórica Densidade absoluta, ou massa volúmica, é uma característica própria de cada material, por isso é classificada como sendo uma propriedade específica. A densidade é definida como sendo a razão entre a massa de uma amostra e o volume ocupado por essa massa. ρ=

m V

Portanto, para medirmos a densidade de um objeto qualquer, precisamos conhecer a sua massa e volume, pois a densidade é a massa dividida pelo volume. A massa volúmica é normalmente expressa em g/cm 3, sendo que as unidades do sistema internacional são kg/m3. Contudo, existe um outro conceito de densidade, densidade relativa, que é a relação da densidade absoluta de um material em relação à densidade uma substância estabelecida como padrão. No cálculo das densidades relativas de líquidos, normalmente é usado como substância padrão e de comparação, a água. A água, a 4º C e à pressão de 1 atm, possui uma massa volúmica ( ρ0 ) de 1,000 g/cm3. d=

ρ ρ0

No caso de gases, a densidade relativa é tomada em relação ao ar ou ao hidrogénio. A densidade é uma propriedade física importante e poder utilizada para distinguir um material puro de um impuro, pois a densidade dos materiais que não são puros vão ter densidades diferentes dos materiais puros. A densidade de um sólido pode ser determinada pesando-o, numa balança analítica, e posteriormente determinar o seu volume. Caso o sólido apresente uma forma regular, o volume poder-se-á obter a partir da medição do comprimento,


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largura e altura do mesmo. Contudo, alguns materiais sólidos não apresentam formas regulares, sendo que nesses casos o seu volume terá que ser medido de forma direta, através da sua imersão numa coluna de água (ex. proveta graduada) e verificar qual o volume de água deslocada. O volume de líquido deslocado será equivalente ao volume do sólido (ver Figura 1). P3

Figura 1. Determinação da densidade de um sólido A densidade dos líquidos pode ser determinada de igual modo à utilizada para os sólidos, medindo-se um determinado volume e registando-se o seu peso numa balança analítica. Outro método de determinação rápida da densidade de um líquido é o recurso de um densímetro (ver Figura 2). Os densímetros são aparelhos flutuantes para medir diretamente a densidade dos líquidos, não sendo necessário pesar o líquido nem saber o seu volume.

Figura 2. Densímetro O densímetro utiliza o princípio de impulsão descoberto por Arquimedes. A impulsão é a força que provoca a flutuação dos corpos nos líquidos, sendo proporcional à densidade, ao volume do corpo e à aceleração da gravidade. Os densímetros têm uma escala invertida (ver Figura 3), ou seja, os valores mais

Figura 3. Escala invertida do Densímetro


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elevados da densidade situam-se na base do aparelho e os valores menores encontram-se no topo. Isto acontece porque os líquidos mais densos "aguentam" melhor com o peso do densímetro e empurram-no para cima, pelo que os maiores valores da densidade situam-se na parte de baixo da escala. Contudo, o volume dos líquidos é afectado pelas variações de temperatura e de pressão, implicando variações das densidades dos líquidos em função da temperatura e da pressão. P4 Em geral, a densidade dos sólidos é maior que a dos líquidos e esta, por sua vez, são maiores que a dos gases (ver Tabela 1). Isto resulta do facto dos sólidos serem materiais que contêm uma consistência muito alta, resultando numa grande quantidade de massa presente num pequeno volume Tabela 1. Valores de densidades de alguns sólidos e líquidos Densidade característica de algumas substâncias (a 4ºC) Substância

Estado

Densidade (g/cm3)

Acetona

Líquido

0,79

Antraceno

Sólido

1,28

Ácido benzóico

Líquido

1,07

Etanol

Líquido

0,79

Ferro

Sólido

7,8

Cobre

Sólido

8,9

Alumínio

Sólido

2,7

Azeite

Líquido

0,92

Oxigénio

Gás

0,00143

3. Materiais e Reagentes Balança digital (0,01 g)

Densímetro


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Esguicho de água destilada

Proveta de vidro (100 ml)

Régua

Água (H2O)

Borracha Azeite Álcool

Plasticina

4. Procedimento experimental O presente trabalho experimental foi dividido em 3 partes distintas: 1) Determinação da densidade absoluta de um sólido com forma regular; 2) Determinação da densidade absoluta de um sólido de forma irregular e 3) Determinação da densidade absoluta e relativa de um líquido.

4.1.

Determinação da densidade de um sólido com forma regular

Foi utilizada uma borracha de lápis, de forma paralelepipédica, à qual foram recolhidas as dimensões de comprimento, altura e espessura, com a ajuda de uma régua. Posteriormente, a borracha foi determinada o valor da massa com o recurso de uma balança analítica.

4.2.

Determinação da densidade de um sólido de forma irregular

Colocou-se água numa proveta de 100 ml, até um determinado volume. Após o registo do volume inicial (Vi). Mergulhou-se o sólido de formato irregular, mais precisamente


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plasticina preta, na proveta contendo água e verificou-se qual o novo volume de água (Vf).

4.3.

Determinação da densidade de um líquido

Colocou-se azeite numa proveta de 100 ml, até um determinado volume. Posteriormente, foi imerso na proveta um densímetro e após estabilização e verificação que o mesmo não estava encostado às paredes da proveta. Registou-se o valor na escala do densímetro. O processo foi igualmente repetido com o líquido água.

5. Resultados experimentais e cálculos efectuados 5.1. Determinação da densidade absoluta de um sólido com forma regular

Nesta experiência, foi medido, em gramas, a massa de uma borracha e ainda as dimensões, em cm, do comprimento x espessura x altura, de modo a determinar o volume do sólido. Posteriormente, calculou-se a densidade absoluta da borracha Os resultados obtidos estão apresentados no Quadro 1. Quadro 1. Cálculo da densidade da borracha (forma regular)

P6

Densidade absoluta da Borracha m(sólido) ρ= V (sólido) Sólido: m1= 23,12 g Dimensões: Comprimento (c)= 5,5 cm Altura (a)= 2 cm Espessura (e)= 1 cm Volume=c*a*e

Vborracha=5,5*2*1= 11 cm3

ρ=

mbor. 23,12 = =2,10 g /cm3 c∗a∗e 5,5∗2∗1

5.2. Determinação da densidade absoluta de um sólido com forma irregular

Nesta experiência, e uma vez que o sólido não tinha forma regular, foi necessário recorrer à técnica de imersão do objecto na água e verificar a correspondente variação de volume de água, ou seja, a diferença do volume final (Vf) e o volume inicial (Vi). Por esta técnica, sabemos que o volume do objecto é equivalente ao volume de água deslocada. Após determinação da massa do objeto, o cálculo da densidade será igual à razão da sua massa e o volume de líquido deslocado. Os resultados obtidos estão apresentados no Quadro 2.


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Quadro 2. Cálculo da densidade da plasticina (forma irregular) Densidade absoluta da plasticina m( plasticina) ρ= V (água deslocada) Sólido (plasticina): m2= 14,48 g Variação de volume de água (Proveta): Vi=80 ml Vf=85 ml

Vdeslocado=Vf-Vi=5 ml

Vágua deslocada = Vplasticina=5 ml=5 cm3

ρ plast.=

m plast. 14,48 g = =2,90 3 V desl. 5 cm

5.3. Determinação da densidade absoluta de um líquido

Nesta experiência, e uma vez que o objetivo era a determinação da densidade de um líquido com o recurso de um densímetro, não foi necessário determinar a massa do líquido numa balança. Assim, foi somente imerso o densímetro numa proveta cheia com azeite e efectuada a leitura da densidade na sua escala. Os resultados obtidos estão apresentados no Quadro 3. P7 Quadro 3. Cálculo da densidade de líquidos: azeite e água Densidade absoluta do azeite Líquido (azeite) Densímetro (escala)= 0,900 3

ρ=0,9 0 0 g / cm

Densidade absoluta do água Líquido (água) Densímetro (escala)= 1,000

ρ=1,000 g /cm

3

Densidade relativa do azeite

d azeite =

ρazeite 0,900 = =0,900 ρágua 1,000


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Apesar de não estar no protocolo, ainda foi efectuada uma outra experiência com adição de álcool ao azeite. Os líquidos não se misturaram e verificou-se que o álcool ficou por cima do azeite, ou seja, o álcool é menos denso do que o azeite. 6. Conclusão Com esta experiência foi possível compreender uma das características físicas dos materiais, nomeadamente, para líquidos e sólidos. Apesar do conceito de densidade ser a razão da massa pelo volume, verifica-se que há diferentes métodos para a determinação da densidade de um produto. Tal diversidade de métodos pode resultar do facto do produto não ter uma forma bem definida ou ainda do seu estado físico (gás, líquido ou sólido). As experiências

realizadas permitiram

alcançar

os resultados pretendidos,

nomeadamente, a compreensão dos métodos de determinação da densidade e em que situações é que se devem usar. Qualquer um dos métodos usados é muito simples de aplicar. Contudo, na determinação da densidade dos sólidos por estes métodos, pode-se ter erros na pesagem e na leitura do volume. P8 Esta experiência permitiu ainda verificar que as substâncias sólidas têm maior densidade do que os líquidos. Comparando entre si os sólidos, verifica-se que a massa volúmica da borracha é inferior à da plasticina. Quanto aos líquidos testados, verificase que o azeite tem menor massa volúmica do que a água, ou seja, é mais leve do que a água. Assim e uma vez que não se misturam, o azeite quando adicionado à água fica em cima da água. No caso dos sólidos, e como se verificou na plasticina, como esta tem uma maior massa volúmica do que a água, vai ao fundo, não flutuando. Apesar de não estar no protocolo, a experiência com álcool e com azeite, permitiu demonstrar que no caso de produtos imiscíveis, é possível comparar e distinguir facilmente a relação entre massas volúmicas dos líquidos. Assim, verifica-se que o álcool (etanol) é menos denso que o azeite, não se sabendo ao certo qual esse valor de


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densidade, sabe-se que seria inferior a 0,900 g/cm 3. Tal resultado é confirmado na literatura, onde se é descrito para o etanol uma densidade absoluta de 0,79 g/cm 3. Durante o decurso da experiência também foi possível verificar que se colocarmos o mesmo objecto em zonas diferentes da balança, são registadas pequenas diferenças nos valores das massas. Por fim, consideramos que se deveria medir a temperatura da água e do azeite, porque a densidade é afectada temperatura.

P9


Trabalho de densidades