Atividade prática – Densidade: Construção e uso de um densímetro
Parte 5
9º ano do Ensino Fundamental / 1º ano do Ensino Médio
Objetivo
Vivenciar diferentes situações práticas para entendimento da densidade de sólidos, líquidos e
gases, interpretando-as segundo a teoria atômico-molecular, de modo qualitativo e quantitativo.
Introdução
A densidade tem íntima relação com a flutuação de corpos em meio líquido ou gasoso. Um balão
de gás hélio, por exemplo, flutua no ar por ser menos denso que o ar. A madeira ou o óleo de soja
flutuam na água, pelo mesmo motivo. Isso acontece, porque um corpo menos denso do que o meio
onde está inserido sofre uma força chamada “empuxo”, que é exercida pelas partículas do meio.
Essa força, que é maior que seu peso, força-o a se elevar até que ele chegue à superfície.
O empuxo existe mesmo com materiais mais densos que o meio. Você já deve ter percebido que,
quando entra em uma piscina, seu corpo tende a flutuar, como se estivesse quase “sem peso”. Um
objeto de ferro também pode ser levantado mais facilmente se estiver dentro da água.
O empuxo corresponde ao peso da água que foi deslocada pelo volume do objeto, de acordo com
a lei da “impenetrabilidade”, segundo a qual “dois corpos não ocupam o mesmo lugar no espaço ao
mesmo tempo”. Assim, três objetos de 770cm 3 de volume, por exemplo, um de ferro, outro de ouro
e outro de prata, sofrerão o mesmo empuxo dentro d’água, correspondendo a uma massa de 770g
de água, já que a água tem densidade 1g/mL. Em outras palavras, os três objetos sofrem uma
força de 7700N para cima.
Certamente, os três objetos afundam na água, pois o peso deles ainda será maior que o empuxo;
mas, de qualquer forma, o empuxo os deixa mais “leves” dentro da água. Quando o empuxo
(atuando para cima) for superior ao peso (atuando para baixo), o objeto flutua. Quando o empuxo
for menor que o peso, o objeto afunda.
Segundo esse princípio, podemos fabricar um “densímetro”; que é um aparelho bastante simples,
que mede a densidade por imersão no líquido. O densímetro nada mais é que um canudo de vidro,
de plástico ou de outro material transparente, que afunda uma parte de seu corpo, mas deixa outra
parte para fora do líquido. Dependendo de quanto ele afunda ou flutua, o nível do líquido indica, na
escala, o valor da densidade.
Os densímetros permitem medir a densidade de líquidos
instantaneamente, sem a necessidade de medir a massa do
líquido em balanças, sem medir seu volume, e nem dividir um
valor pelo outro para calcular a densidade.
Disponíveis (acesso: 29.09.2014):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aräometer.jpg e
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hydrometer%2Balkometer.jpg
Nos postos de combustíveis, são os densímetros (medidores de densidade por imersão) que
indicam ao consumidor se o etanol segue o padrão permitido por lei, que é de 27,5% desde 2 de
setembro de 2014.
Densímetro para etanol nos postos de combustíveis
O consumidor deve ficar atento ao densímetro, que fica ao lado da
bomba de combustível, no momento do abastecimento.
Se o álcool contiver quantidade de água acima do permitido, a
densidade da mistura ficará maior, sendo acusada no densímetro.
Disponíveis (acesso: 29.09.2014, foto Denis Marum/G1 e foto TV Tem):
http://g1.globo.com/carros/oficina-do-g1/noticia/2013/07/10-habitos-do-motorista-quefazem-o-carro-beber-mais.html e http://g1.globo.com/sp/baurumarilia/noticia/2012/09/posto-e-lacrado-por-adulteracao-de-combustivel-em-pompeiasp.html
O densímetro dos postos de combustível
é à prova de variações térmicas.
Em um dia muito quente, o combustível expande,
fica menos denso, e qualquer densímetro tende a
afundar mais no líquido, alterando o valor da
medição.
Mas, o densímetro dos postos de combustíveis
possui um líquido vermelho em uma coluna
interna, que também expande, elevando-se,
compensando a diferença causada pela
temperatura. Se a coluna vermelha ultrapassar o
nível do combustível, o etanol está mais denso do
que o permitido, indicando excesso de água.
Nas atividades de aquarismo, a dosagem correta de sal na água
para os peixes marinhos é controlada com o uso de densímetros;
pois quanto mais sal dissolvido, mais densa fica a solução
aquosa. Um aquarista especializado usa um densímetro
específico para aquários com água doce, e outro específico para
aquários de água salgada.
Nas oficinas elétricas de automóveis, os técnicos em baterias
utilizam um densímetro para verificar a densidade da “água de
bateria” (na verdade, uma solução aquosa de ácido sulfúrico). O
densímetro fica dentro do tubo de uma grande “pipeta de Pasteur”
ou “conta-gotas”, para sugar o líquido da bateria e fazer o teste
de cada célula da bateria separadamente e de forma rápida.
Densímetro para “água” de baterias de automóveis
O densímetro é adaptado dentro de um grande “conta-gotas” (A), para puxar e
analisar a densidade da “água” de cada célula da bateria (B). Dependendo do
valor da densidade, o técnico sabe se a bateria está carregada ou não.
Disponível (acesso: 29.09.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hydrometer_(PSF).png
Experimento 6: Construindo um densímetro
Material
A) Caneta Bic ou outra cujo tubo externo seja transparente.
Obs.1: Também podem ser utilizados canudinhos de lanchonete de diversos tamanhos, mas não
são os mais indicados, pois não são transparentes, além de muito estreitos.
Obs.2: Podem ser usadas também mangueiras plásticas transparentes, mas do tipo mais fino
possível, pouco mais larga que uma caneta. O pedaço de mangueira que será utilizado não poderá
ser curvo em hipótese alguma; uma pequena curvatura o fará tombar no líquido.
B) Massa plástica, massa epóxi, cola de biscuit ou outra resina que não dissolva na água depois de
seca. De preferência, use resinas e massas de secagem rápida para não atrasar o experimento.
C) Papel toalha ou outro que sirva para secar objetos.
D) Líquidos para calibragem do densímetro: etanol, água e óleo de soja.
E) Três provetas de 100mL ou maiores, uma para cada amostra de líquido.
F) Um pedaço pequeno de papel impermeável, de preferência; ou pedaço de papel comum para
recortar em tiras finas.
G) Uma vela comum.
H) Fósforos.
I) Caneta pincel.
J) Régua.
K) Estilete.
Procedimento
1. Retire a carga das canetas e também o tampão do fundo (canetas tipo “Bic”).
2. Prepare uma pequena quantidade de massa plástica para uso.
Sugestão: pode ser uma quantidade do tamanho aproximado de uma pilha pequena AA. A
quantidade exata vai depender do tamanho do tubo de caneta, canudinho ou mangueira que será
utilizado. Tenha em mente que a massa fará o papel de “peso”, forçando o densímetro para o
fundo. Mas, não poderá ser pesada demais, senão o densímetro ficará submerso.
3. Acenda a vela e pingue uma gota de cera para vedar o pequeno orifício que há na lateral do
tubo da caneta (“Bic”). Isso é importante, para evitar que entre água no interior do tubo. Se for fazer
com canudinho ou mangueira, pule essa etapa.
4. TESTE DA QUANTIDADE ADEQUADA DE MASSA: Retire um pedaço de massa, mais ou
menos a metade da porção do item 2, para fazer um teste. Adapte a massa na ponta do tubo (onde
fica a ponta da carga da caneta); e solte levemente o tubo na água,
na vertical, com a massa para baixo, e observe o nível do líquido no
tubo: o ideal é que o nível da água fique próximo do meio do tubo.
Obs.3: O tubo não pode tombar para a horizontal; se isso acontecer,
é porque a massa deve ter se soltado do tubo, deixando entrar água,
ou a massa foi utilizada em muito pouca quantidade. Se o tubo
afundou na vertical, a quantidade de massa foi exagerada. Se o tubo
ficou flutuando na vertical, ótimo. Mas, se a parte mais alta da caneta
ficou perto do nível do líquido, retire um pouco de massa, para que o
nível fique mais próximo da metade do tubo.
Obs. 4: Existem várias alternativas de materiais para usar como
“peso” do densímetro. Uma borracha escolar (foto) furada no meio também funciona, mas precisa
ser aparada com uma faca, até que seu tamanho fique adequado à flutuação do densímetro. Na
foto, além da borracha escolar, foi usada cera de vela para vedar os orifícios da ponta de baixo e
da lateral, para evitar entrada de água.
5. Depois de acertada a quantidade adequada de massa, passe um papel toalha para retirar o
excesso de água e deixe secar. Dependendo do tipo de massa, a secagem total pode demorar
várias horas; por isso recomendamos uma de secagem rápida. Caso contrário, a prática deverá ser
retomada em outra aula.
6. CALIBRAGEM DO DENSÍMETRO: Coloque as amostras de água, óleo e álcool nas provetas
correspondentes, de forma que os líquidos fiquem mais altos que o comprimento dos tubos que
serão utilizados. Os tubos não podem esbarrar no fundo! O ideal, então, é encher a proveta até
próximo de sua capacidade máxima.
7. Com o densímetro flutuando adequadamente e com a massa ou resina do “peso” totalmente
seca, coloque-o na água (d = 1,0g/mL) até que o nível do líquido estabilize. Confira se não há
entrada de água dentro do tubo. Agora, cuidadosamente, retire o tubo do líquido com uma das
mãos, de forma que a unha de seu polegar marque exatamente o nível do líquido no tubo. Dê uma
pequena ranhura no tubo, com auxílio de um estilete. Volte o densímetro para a água e veja se a
ranhura realmente coincide com o nível da água. Em caso negativo, faça uma nova marca com o
estilete, no nível mais correto.
8. Seque o densímetro e repita a mesma operação acima, usando álcool (d = 0,8g/mL) ao invés de
água. Seque o densímetro, e, novamente, repita a operação, usando óleo de soja (d = 0,9g/mL).
Lave o densímetro com sabão, retirando todo o óleo e seque-o.
9. Recorte uma tira fina de papel impermeável (ou papel comum, caso não tenha o impermeável),
de forma que ele possa ser inserido, enrolado, dentro do tubo. Corte a ponta que sobrar para fora
do tubo. Retire o papel e marque nele as distâncias das ranhuras com canetinha pincel, de
preferência com cores diferentes para cada um dos líquidos. Se houver espaço, escreva com uma
caneta de ponta fina os valores “1,0” para a água, “0,8” para o álcool e “0,9” para o óleo.
10. Com a régua, meça as distâncias em milímetros entre as marcações, e use essas distâncias
para extrapolar a escala; ou seja, com as distâncias iguais, determine onde ficará o “0,7”, o “1,1”, o
“1,2”. Distâncias intermediárias também podem ser marcadas com traços.
11. Insira novamente o papel no tubo; e insira o densímetro na água e confira o nível. Pode ser que
o peso do papel, dessa vez, altere o nível da ranhura em relação ao líquido. Mas, não tem
problema: basta deslocar o papel dentro do tubo, mais para cima ou mais para baixo, de forma que
ele se adapte ao nível correto do líquido, marcando a densidade correta. Seu densímetro está
pronto. Use-o para determinar a densidade de vários líquidos, como cerveja, cachaça,
refrigerantes, detergentes etc.
Observações e questões
1) Quais as maiores dificuldades para construir o seu densímetro? Comente.
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2) Como o densímetro consegue flutuar e marcar a densidade dos líquidos? Quais forças estão
envolvidas nessa flutuação?
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3) Há alguma semelhança entre a flutuação do densímetro e a flutuação de um navio de grande
porte, feito de ferro? Comente, comparando os dois casos.
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4) Coloque mercúrio líquido em um béquer. Coloque uma pedra ou outro objeto bem pesado no
mercúrio. O que aconteceu? O seu densímetro é adequado para medir a densidade do mercúrio?
Por quê?
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