Colégio Paulo VI
Determinação da densidade de
substâncias
Técnicas Laboratoriais de Química I
Ana Filipa Sousa nº2 10ºA
Janeiro 2002
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ÍNDICE
1.
1.1. Nomenclatura
4
2.1. Introdução
5
2.2. Teoria e Método
6
2.3. Material
10
2.4. Procedimento Experimental
11
2.5. Dados Experimentais / Observações
12
2.6. Cálculos / Resultados
14
2.7. Crítica
16
2.8. Conclusões e Recomendações
17
2.9. Bibliografia
18
2.
3
1.1. NOMENCLATURA
Símbolo:
Representa o(a):
ρ
Densidade
d
Densidade relativa
m
Massa
V
Volume
Vi
Volume inicial
Vf
Volume final
ΔV
Variação de volume
Hg
Mercúrio
4
2.1. INTRODUÇÃO
Este trabalho teve como objectivo determinar a densidade do cobre,
chumbo, zinco, água, álcool etílico e diclorometano.
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2.2. TEORIA E MÉTODO
DENSIDADE (ρ) – quociente entre a massa e o volume de uma
substância a uma dada temperatura.
ρ=
m
V
A densidade, ou massa volúmica, é uma grandeza física característica de
cada substância, que pode contribuir para a sua identificação ou para
determinar o seu grau de pureza.
A unidade SI da densidade é o quilograma por metro cúbico: kg/m3, mas
não é muito utilizada. Habitualmente, exprime-se a densidade em gramas por
centímetro cúbico: g/cm3.
A densidade relativa, d, de uma substância A em relação a uma
substância B é o quociente entre a massa de determinado volume de
substância A, mA, e a massa de igual volume da substância B, mB. A densidade
relativa é uma grandeza adimensional.
Normalmente, quando se fala de densidade relativa de uma substância
A, sólida ou líquida sem qualquer outra indicação, refere-se à densidade dessa
substância em relação à água, à temperatura de 4 ºC e à pressão de 760 mm
Hg.
d
=
A
m
m
A
água
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Densidade Relativa de algumas substâncias:
Substância
Densidade (g/cm3)
Alumínio
2,70
Chumbo
11,40
SÓLIDO
Cobre
8,96
(em relação à água a 4ºC)
Ferro
7,86
Prata
10,50
Zinco
7,14
Ácido clorídrico
1,19
Estado físico à temperatura ambiente
37%
Ácido sulfúrico
LÍQUIDO
(em relação à água a 4ºC)
GASOSO
(em relação ao ar a PTN)
1,71
95%
Água
1,00
Etanol
0,92
Azeite
0,79
Diclorometano
1,33
Mercúrio
13,53
Ar
1,00
Dióxido de
1,53
carbono
Hidrogénio
0,07
Oxigénio
1,10
Para determinarmos densidades podemos usar densímetros, picnómetros
para sólidos, picnómetros para líquidos e balanças hidrostáticas.
Os densímetros são aparelhos flutuantes, de formas variadas, de massa
constante, graduados de modo a conhecer, por simples leitura, a densidade do
líquido em que flutuam.
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Podem graduar-se de modo a servirem para líquidos mais densos que a
água, para líquidos menos densos que a água ou, indiferentemente, para
ambos.
Os densímetros para líquidos mais densos do que a água estão lastrados
de forma a mergulharem na água até à parte superior da haste.
Os que se utilizam para líquidos menos densos do que a água estão
lastrados de forma a mergulharem na água até à base da haste.
Os que servem quer para líquidos menos densos que a água quer para
líquidos mais densos que a água estão lastrados de forma a mergulharem até
ao meio da haste e estão graduados nos dois sentidos (densímetros universais).
Existem densímetros especialmente concebidos para a determinação da
percentagem de etanol numa solução com água, denominados alcoómetros de
Gay-Lussac.
Os picnómetros são frascos especiais de vidro destinados a medir
densidades de líquidos ou de sólidos insolúveis.
Fig.1 – Picnómetros para sólidos e líquidos
A balança hidrostática permite determinar densidades de uma maneira
rápida e precisa, baseando-se o seu funcionamento no Princípio de Arquimedes,
segundo o qual todo o corpo submergido num fluido experimenta um impulso
de baixo para cima, igual ao peso do fluido por ele deslocado.
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DETERMINAÇÃO DO VOLUME DE UM CORPO
O volume, V, de um corpo corresponde ao espaço que esse corpo ocupa.
A unidade SI em que se exprime o volume é o metro cúbico (m3).
Em Química usam-se geralmente dois dos submúltiplos do metro cúbico,
o decímetro cúbico (dm3) e o centímetro cúbico (cm3). O decímetro cúbico
equivale ao litro (l ou L) e o centrímetro cúbico equivale ao mililitro (ml ou mL).
Na determinação do volume de um corpo há que considerar se o mesmo
tem forma regular ou não regular.
Se tem uma forma geométrica regular, basta saber as dimensões do
corpo e utilizar a expressão matemática adequada à determinação do volume.
Se o corpo tem uma forma irregular, teremos de usar a técnica
denominada “por deslocamento de água”, que consiste em medir a diferença
entre o nível inicial e final da água contida numa proveta graduada, na qual se
introduziu o corpo de forma irregular.
Para medir o volume de um líquido, usam-se vários instrumentos. Nas
experiências realizadas durante as aulas de TLQ a determinação do volume fezse a partir de provetas.
A PROVETA
A proveta é um instrumento que permite fazer
medições pouco rigorosas de volumes de líquidos.
A capacidade da proveta a utilizar deve ser igual ou
ligeiramente superior ao volume que se pretende medir.
Fig.2 - Proveta
DETERMINAÇÃO DA MASSA DE UM CORPO
A massa, m, é uma grandeza característica do corpo que está
relacionada com o número e o tipo de partículas que o constituem.
A unidade SI em que se exprime a massa é o quilograma (kg).
Em Química usa-se muitas vezes um dos submúltiplos do quilograma, o
grama (g).
A massa de um corpo é medida num aparelho denominado balança.
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2.3. MATERIAL
Experiência 1 – Determinação da densidade do cobre, chumbo e zinco
(sólidos)
-
água
-
balança
-
corpo sólido: cobre, chumbo, zinco
-
papel absorvente
-
proveta
Experiência 2 – Determinação da densidade da água, álcool etílico e
diclorometano
-
balança
-
líquido em estudo: água, álcool etílico, diclorometano
-
papel absorvente
-
proveta
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2.4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Experiência 1 – Determinação da densidade do cobre, chumbo e zinco
(sólidos)
- Mediu-se a massa do cobre;
- Determinou-se
o
volume
do
cobre
usando
o
método
de
deslocamento de água;
- Calculou-se a densidade do corpo;
- Repetiram-se os passos anteriores utilizando chumbo e zinco.
Experiência 2 – Determinação da densidade da água, álcool etílico e
diclorometano (líquidos)
- Determinou-se o volume da água;
- Mediu-se a massa da proveta vazia;
- Determinou-se a massa da proveta com água;
- Calculou-se a massa da água, subtraindo a massa da proveta vazia à
massa da proveta com a água;
- Calculou-se a densidade da água;
- Repetiram-se os passos anteriores utilizando álcool etílico e
diclorometano.
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2.5. DADOS EXPERIMENTAIS / OBSERVAÇÕES
Experiência 1
COBRE
m=14,82g
Menor divisão da escala da proveta – 1 cm3
Vi (cm3)
Vf (cm3)
ΔV (cm3)
64,0
64,5
0,5
63,0
64,5
1,5
63,5
64,5
1,0
63,0
64,0
1,0
Vmédio=1,0 cm3
CHUMBO
m=69,65g
Menor divisão da escala da proveta – 1 cm3
Vi (cm3)
Vf (cm3)
ΔV (cm3)
67,0
74,0
7,0
68,0
73,0
5,0
67,0
73,0
6,0
67,0
74,0
7,0
Vmédio=6,25 cm3
ZINCO
m=19,97g
Menor divisão da escala da proveta – 0,5 cm3
Vi (cm3)
Vf (cm3)
ΔV (cm3)
14,00
16,00
2,00
14,00
16,00
2,00
14,00
16,00
2,00
14,00
16,00
2,00
Vmédio=2,00 cm3
12
Experiência 2
ÁGUA
mproveta vazia = 52,36 g
mlíquido = mproveta com líquido – mproveta vazia
Menor divisão da escala da proveta – 0,5 cm3
V (cm3)
Massa da proveta com água (g)
Massa do líquido (g)
10,50
62,82
10,46
13,50
65,75
13,39
18,00
70,06
17,70
24,00
76,21
23,85
ÁLCOOL ETÍLICO
mproveta vazia = 61,15 g
mlíquido = mproveta com líquido – mproveta vazia
Menor divisão da escala da proveta – 0,5 cm3
V (cm3)
Massa da proveta com álcool (g)
Massa do líquido (g)
6,50
66,40
5,25
13,50
71,85
10,70
17,00
74,70
13,55
21,00
78,00
16,85
DICLOROMETANO
mproveta vazia = 52,39 g
mlíquido = mproveta com líquido – mproveta vazia
Menor divisão da escala da proveta – 0,5 cm3
V (cm3)
Massa da proveta com
diclorometano (g)
Massa do líquido (g)
5,50
59,16
6,77
8,00
62,67
10,28
11,00
66,58
14,19
15,50
72,63
20,24
13
2.6. CÁLCULOS / RESULTADOS
Experiência 1 – Determinação da densidade do cobre, chumbo e zinco
V (cm3)
m (g)
ρ (g/cm3)
Cobre
1,00
14,82
14,8
Chumbo
6,25
69,65
11,1
Zinco
2,00
19,97
9,99
Experiência 2 – Determinação da densidade da água, álcool e
diclorometano
ÁGUA
V (cm3)
m (g)
ρ (g/cm3)
10,50
10,46
0,9962
13,50
13,39
0,9919
18,00
17,70
1,017
24,00
23,85
0,9938
ρ
média =
1 g/cm3
(0,9997 g/cm3)
ÁLCOOL
V (cm3)
m (g)
ρ (g/cm3)
6,50
5,25
0,81
13,50
10,70
0,79
17,00
13,55
0,80
21,00
16,85
0,80
ρ
média =
0,80 g/cm3
14
DICLOROMETANO
V (cm3)
m (g)
ρ (g/cm3)
5,50
6,77
1,23
8,00
10,28
1,29
11,00
14,19
1,29
15,50
20,24
1,31
ρ
média =
1,28 g/cm3
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2.7. CRÍTICA
Confrontados os valores de densidade obtidos nesta experiência com os
valores normais de referência notaram-se certas diferenças.
Calculados os valores de densidade, verificou-se que o valor obtido para
o cobre (14,8 g/cm3) difere muito do valor de referência (8,96 g/cm3). O
mesmo se pode afirmar, embora em menor escala, dos valores obtidos para o
zinco (valor obtido: 9,99 g/cm3 – valor de referência: 7,14 g/cm3) e para o
diclorometano (valor obtido: 1,28 g/cm3 – valor de referência: 1,33 g/cm3).
O valor conseguido para o chumbo (11,1 g/cm3) aproxima-se do valor de
referência (11,40 g/cm3), assim como a água (valor obtido: 0,9997 g/cm3 –
valor de referência: 1 g/cm3) e o álcool etílico (valor obtido: 0,80 g/cm3 – valor
de referência: 0,79 g/cm3).
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2.8. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
Após a análise dos dados desta experiência, obtiveram-se os valores de
densidade do cobre, chumbo, zinco, água, álcool etílico e diclorometano.
Substância
Densidade (g/cm3)
Cobre
14,8
Chumbo
11,1
Zinco
9,99
Água
0,9997
Álcool
0,80
Diclorometano
1,28
Como já se referiu na crítica deste relatório, notaram-se alguns desvios
dos valores obtidos em relação aos valores de referência.
Estes desvios podem ter sido originados por vários motivos, tais como a
utilização da proveta, que é um instrumento muito pouco rigoroso na medição
de volumes. A ocorrência de erros fortuitos também poderá ter interferido nas
medições.
Para além destas possíveis causas, a ocorrência destes desvios também
poderá ter sido influenciada por alterações na temperatura e pressão do
ambiente, pois a densidade varia consoante a temperatura e a pressão.
Para experiências futuras recomenda-se a utilização de instrumentos de
medição mais rigorosos, bem como a realização de um maior número de
medições da mesma grandeza para a obtenção de um maior grau de rigor.
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2.9. BIBLIOGRAFIA
-
Pinto, Helena Castro, Carvalho, Maria de Jesus, Fialho, Maria
Margarida; Técnicas Laboratoriais de Química 1; Texto Editora;
-
Diciopédia 2000; Porto Editora.
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