Relatório 3 - Físico-Química

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA E FÍSICO-QUÍMICA
ENGENHARIA DE ALIMENTOS - TURMA 2A
DATA DA PRÁTICA: 27 DE ABRIL DE 2022
DATA DE ENTREGA: 11 DE MAIO DE 2022
ESTÉRPHANIE DOS SANTOS MARTINS - 495027
SARA ELEN FERREIRA LIMA - 496566
VITÓRIA MAIZA DE SOUZA SILVA - 494134
LIZANDRA SOUSA MACIEL - 494275
PICNOMETRIA E DENSÍMETROS: DETERMINANDO MASSA ESPECÍFICA,
DENSIDADE E TEOR ALCOÓLICO DE SUBSTÂNCIAS.
FORTALEZA
2022
SUMÁRIO
1. OBJETIVOS ...………………..………………………………………….. 2
2. INTRODUÇÃO ...………………………………………………………... 2
3. PICNOMETRIA ………….…………..…………………………….…... 3
3.1. Materiais e soluções …....…………………………………....…………... 3
3.2. Método ……………………………………….……..…….…………….... 3
3.3. Procedimento experimental ….…………………………………………. 3
3.4. Resultados e execução dos cálculos ………………………..………...…. 5
4. DENSÍMETROS ……………………………………...………..………... 7
4.1. Materiais e soluções …....…………………………………....…………... 7
4.2. Método ……………………………………….……..…….…………….... 7
4.3. Procedimento experimental ….…………………………………………. 7
4.4. Resultados e execução dos cálculos ………………………..………...…. 8
5. DISCUSSÕES ……………………………………………………………. 9
6. CONCLUSÃO …...……..…………………………………………..……. 10
7. REFERÊNCIAS ………………………………………………...………. 11
1
1. Objetivos
A prática de picnometria objetivou determinar a massa específica e
densidade da água, solução salina, aguardente e álcool etílico. Nas amostras
hidroetanólicas determinar o teor de etanol. Na prática de densímetros, a finalidade
foi determinar, através das massas específicas das amostras de aguardente e
álcool, diversos tipos de teores alcoólicos, utilizando-se densímetros e alcoômetros.
Em seguida, comparar esses dois métodos.
2. Introdução
A massa específica ou densidade absoluta é uma grandeza física escalar, ou
seja, que está relacionada a uma propriedade da substância e não do corpo. Seu
conceito pode ser definido como a razão entre a sua massa e o seu volume, quando
há a presença de corpos homogêneos. A unidade de medida de massa específica
no SI (Sistema Internacional de Unidades) é expressa em kg/m³, embora
usualmente seja mais comum utilizar g/cm³. Para a prática de picnometria, utiliza-se
uma vidraria chamada de picnômetro, com a finalidade de determinar a massa
específica das amostras analisadas. Ele consiste em um pequeno frasco de vidro
que possui baixo coeficiente de dilatação, além de uma boca esmerilhada e uma
saída para o escoamento dos líquidos. A água é a substância padrão utilizada nesta
prática, tendo que estar sempre a temperatura ambiente, pois qualquer mudança na
temperatura irá alterar a massa específica da substância devido a variação de seu
volume.
Já o conceito da densidade relativa consiste na razão entre as densidades
absolutas de duas substâncias. É uma propriedade física intensiva, ou seja, não
depende da quantidade de matéria e é específica para cada material. Além disso,
pode ser usada para verificar a pureza de materiais. Logo, em qualquer ponto do
volume da substância a densidade é a mesma, independentemente se a quantidade
dessa substância é 1 litro ou 2 mL. Entretanto, essa propriedade é influenciada por
fatores como pressão e temperatura. Para a prática de densimetria, foi utilizado um
instrumento denominado densímetro com a finalidade de determinar a densidade
dos líquidos. Esse instrumento geralmente é oco, feito de vidro, possui um bulbo e
uma haste em formato cilíndrico, além de apresentar na região interior do bulbo um
lastro de chumbo ou mercúrio que o permite flutuar verticalmente. Outrossim, o
densímetro quando colocado na proveta com a amostra fica em equilíbrio com as
forças da gravidade e de empuxo, flutuando. Localizado flutuando no centro da
proveta, é feita a leitura.
Outro objeto utilizado nessa prática foi o alcoômetro. Ele é um instrumento
que tem a função exclusiva de medir o teor de álcool de uma solução aquosa. Para
medir esse teor alcoólico, usa-se a escala Gay Lussac (ºGL), pois a partir da leitura
dela, é possível calcular quantos mililitros de álcool existem em 100 mililitros de
mistura hidroalcoólica.
2
3. Picnometria
3.1. Materiais e Soluções
Tabela 1: vidrarias utilizadas na prática de picnometria.
Vidrarias Volume (mL)
Picnômetro 50
Béqueres 50
Tabela 2: equipamentos utilizados na prática de picnometria.
Equipamento Marca Código
Balança analítica BioPrecisa FA2104N
Tabela 3: soluções utilizadas na prática de picnometria.
Soluções Concentração
Solução salina (NaCl) 3,0 mol/L
Aguardente Ypióca 39%
Álcool comercial 70%
3.2. Método
Roteiro fornecido pelo professor Moacir. Disponibilizado na plataforma de
gestão de atividades acadêmicas SIGAA.
3.3. Procedimento Experimental
Primeiramente, a temperatura de realização do experimento foi anotada e
para a determinação da massa específica e da densidade das amostras,
determinou-se, em balança analítica, a massa do picnômetro limpo, seco e
tampado. Em seguida, a vidraria foi preenchida com água destilada e a tampa foi
cuidadosamente introduzida, de maneira que não criasse bolhas, inclusive no
capilar. O picnômetro foi enxugado externamente para retirar o excesso de líquido,
inclusive a parte livre do capilar. Após a pesagem, a água foi descartada e o
instrumento lavado, ambientalizado e preenchido com o aguardente, seguindo os
mesmos cuidados; sua massa foi registrada e o líquido descartado. Repetiu-se o
procedimento para as demais amostras, registrando sempre a massa obtida. Os
resultados obtidos podem ser observados nas figuras e tabela abaixo.
3
Figura 1: picnômetro com água destilada. Figura 2: picnômetro com aguardente.
Fonte: autoral. Fonte: autoral.
Figura 3: picnômetro com solução salina. Figura 4: picnômetro com álcool etílico.
Fonte: autoral. Fonte: autoral.
Tabela 4: resultados da massa do picnômetro e do picnômetro com as amostras.
Temperatura: 26 ºC
Massa do picnômetro vazio (g): 27, 9448
Amostra Massa do picnômetro com a amostra (g)
Água destilada 78,9266
Aguardente 76,7681
Álcool etílico 72,0314
Solução salina 84,7724
4
3.4. Resultados e Execução dos Cálculos
Para determinar-se a densidade das substâncias utiliza-se a seguinte
fórmula: , porém como o volume do líquido e da água são iguais (volume𝑑
𝐿
𝑡 =
(𝑚
3
−𝑚
1
)
𝑉
(𝑚
2
−𝑚
1
)
𝑉
do picnômetro), pode-se reestruturar a fórmula para:
𝑑
𝐿
𝑡 =
(𝑚
3
−𝑚
1
)
(𝑚
2
−𝑚
1
)
Onde:
= densidade do líquido na temperatura t;𝑑
𝐿
𝑡
= massa do picnômetro vazio;𝑚
1
= massa do picnômetro com a água destilada;𝑚
2
= massa do picnômetro com o líquido de interesse.𝑚
3
Dessa forma, a densidade relativa das amostras estudadas são:
Água destilada:
𝑑
𝐿
𝑡 =
(𝑚
3
−𝑚
1
)
(𝑚
2
−𝑚
1
) → 𝑑𝐿
𝑡 = (76,7681 𝑔 − 27,9448 𝑔)(76,7681 𝑔 − 27,9448 𝑔) =
48,8233 𝑔
48,8233 𝑔 = 1, 0000
Aguardente:
Peso do picnômetro com aguardente = 76,7681 g
𝑑
𝐿
𝑡 =
(𝑚
3
−𝑚
1
)
(𝑚
2
−𝑚
1
) → 𝑑𝐿
𝑡 = (76,7681𝑔 − 27,9448𝑔)(78,9266𝑔 − 27,9448𝑔) =
48,8233 𝑔
50,9818 𝑔 = 0, 9577
Álcool etílico:
Peso do picnômetro com álcool = 72,0314 g
𝑑
𝐿
𝑡 =
(𝑚
3
−𝑚
1
)
(𝑚
2
−𝑚
1
) → 𝑑𝐿
𝑡 = (72,0314 𝑔 − 27,9448 𝑔)(78,9266 𝑔 − 27,9448 𝑔) =
44,0866 𝑔
50,9818 𝑔 = 0, 8648
Solução salina:
Peso do picnômetro com solução salina = 84,7724 g
𝑑
𝐿
𝑡 =
(𝑚
3
−𝑚
1
)
(𝑚
2
−𝑚
1
) → 𝑑𝐿
𝑡 = (84,7724 𝑔 − 27,9448 𝑔)(78,9266 𝑔 − 27,9448 𝑔) =
56,8276 𝑔
50,9818 𝑔 = 1, 1147
Sabendo que a massa específica da água é 1,0000 g/cm³ e que ,𝑑
𝐿
𝑡 =
ρ
𝐿
𝑡
ρ
𝐻2𝑂
𝑡
reescreve-se essa equação para descobrir a massa específica de cada líquido, ou
seja, . Sendo assim, a massa específica das amostras são:ρ
𝐿
𝑡 = 𝑑
𝐿
𝑡 𝑥 ρ
𝐻2𝑂
𝑡
5
Aguardente:
ρ
𝐿
𝑡 = 𝑑
𝐿
𝑡 𝑥 ρ
𝐻2𝑂
𝑡 → ρ
𝐿
𝑡 = 0, 9577 𝑥 1, 0000 𝑔/𝑐𝑚³ = 0, 9577 𝑔/𝑐𝑚³
Álcool etílico:
ρ
𝐿
𝑡 = 𝑑
𝐿
𝑡 𝑥 ρ
𝐻2𝑂
𝑡 → ρ
𝐿
𝑡 = 0, 8648 𝑥 1, 0000 𝑔/𝑐𝑚³ = 0, 8648 𝑔/𝑐𝑚³
Solução salina:
ρ
𝐿
𝑡 = 𝑑
𝐿
𝑡 𝑥 ρ
𝐻2𝑂
𝑡 → ρ
𝐿
𝑡 = 1, 1147 𝑥 1, 0000 𝑔/𝑐𝑚³ = 1, 1147 𝑔/𝑐𝑚³
Para as amostras de álcooletílico e aguardente é possível determinar
também o teor alcoólico, para isso, é necessário realizar uma comparação dos
valores obtidos com duas tabelas que possuem valores estabelecidos. Na primeira
tabela, procurou-se na coluna com a temperatura do experimento (26 ºC) um valor
próximo da densidade encontrada nos cálculos para cada amostra, a partir disso, a
tabela fornece o valor da porcentagem peso por peso de álcool (% P/P).
Em seguida, procura-se na segunda tabela (parâmetros de soluções hidro
etanólicas a 15 ºC), o valor da percentagem peso por peso de álcool descoberto. E
com isso, tem-se os valores de densidade, % de volume por volume (% V/V) e a
quantidade de gramas de etanol por 100 mL.
Portanto, para a amostra de aguardente, que apresentou massa específica
de 0,9577 g/cm³ em uma temperatura de 26 ºC, tem-se uma % P/P de 30. Utilizando
esse valor na segunda tabela, essa amostra apresenta 28,79 gramas de etanol por
100 mL de solução.
A amostra de álcool etílico apresentou densidade de 0,8648 g/cm³ em uma
temperatura de 26 ºC, e uma % P/P de 69. Utilizando esse valor na segunda tabela,
essa amostra apresenta 60,33 gramas de etanol por 100 mL de solução.
Tabela 5: resultados da análise de picnometria para as amostras de água
destilada, aguardente, álcool etílico comercial e solução salina.
Amostra
Massa do
picnômetro
com a
amostra (g)
Densidade
Massa
específica
(g/cm³)
Concentração de etanol
Percentage
m peso por
peso (%P/P)
Percentagem
volume por
volume
(%V/V)
Gramas de
etanol por
100 mL a
15 ºC
Água destilada 78,9266 1,0000 1,0000 - - -
Aguardente 76,7681 0,9577 0,9577 30 36,17 28,79
Álcool etílico 72,0314 0,8648 0,8648 69 76,02 60,33
Solução salina 84,7724 1,1147 1,1147 - - -
6
4. Densímetros
4.1. Materiais e Soluções
Tabela 6: vidrarias utilizadas na prática de densímetros.
Vidrarias Volume (mL)
Provetas 500
Béqueres 50
Tabela 7: equipamentos utilizados na prática de densímetros.
Equipamento nº de referência Escala
Densímetro 11507/09 0,750 - 0,950
Densímetro 37210/08 0,950 - 1,000
Densímetro 9149 1,000 - 2,000
Alcoômetro - Gay-Lussac
Tabela 8: soluções utilizadas na prática de densímetros.
Soluções Concentração
Água destilada -
Solução salina (NaCl) 3,0 mol/L
Aguardente Ypióca 39%
Álcool comercial 70%
4.2. Método
Roteiro fornecido pelo professor Moacir. Disponibilizado na plataforma de
gestão de atividades acadêmicas SIGAA.
4.3. Procedimento Experimental
Para a determinação da densidade e, quando necessário, da concentração
de etanol das amostras, uma quantidade suficiente de solução salina foi colocada
numa proveta de 500 mL. Em seguida, o densímetro, segurado pela extremidade
superior da sua haste, foi mergulhado no líquido até o fundo da proveta e solto
cuidadosamente. Quando atingiu um equilíbrio, foi feita a leitura na escala do
densímetro, tomando por base a superfície do líquido. O procedimento foi repetido
para as demais amostras. Para o aguardente e o álcool comercial, também foi
utilizado um alcoômetro, seguindo o mesmo procedimento do densímetro, e a leitura
foi feita na escala de Gay-Lussac. Alguns resultados obtidos podem ser observados
nas figuras abaixo e os resultados completos foram inseridos na tabela 9.
7
Figura 5: densímetro na aguardente. Figura 6: alcoômetro na aguardente.
Fonte: autoral. Fonte: autoral.
Tabela 9: Massas específicas e concentrações de etanol das amostras analisadas.
Amostra Instrumentoutilizado
Temperatura
(ºC)
Massa
específica
(g/cm³)
Alcoômetro
ºGay-Lussac
Água destilada Densímetro37210/08 26 0,990 -
Solução salina Densímetro9149 26 1,112 -
Aguardente
Densímetro
37210/08 e
alcoômetro
26 0,953 37
Álcool etílico
Densímetro
11507/09 e
alcoômetro
26 0,864 79
4.4. Resultados e Execução dos Cálculos
Para saber a densidade das substâncias e, quando necessário, o teor
alcoólico, basta que seja realizada a leitura das escalas dos densímetros e
alcoômetros. Desse modo, tem-se os resultados apresentados nas tabelas 9 e 10.
8
Tabela 10: Porcentagem peso por peso, densidades e concentrações de
etanol a 15 ºC das amostras analisadas.
Amostra
Porcentagem
em Peso
(%P/P)
Densidades
a 15°C
Concentração de Etanol
Graus
Gay-Lussac
a 15 ºC
Gramas
de
Etanol
por
100cm³
Alcoômetro
Água
Destilada 0 0,9999 - - -
Solução
salina (NaCl) - - - - -
Aguardente
Ypióca 28 0,9608 33,87 26,88 37
Álcool
comercial 69 0,8750 76,02 60,33 79
5. Discussões
Durante a prática de picnometria, observou-se que a tampa do picnômetro
não era a adequada para o equipamento, assim, houve entrada de ar no capilar,
mesmo após preencher toda a vidraria de maneira correta, isso pode ser
determinado como responsável por quaisquer discrepâncias. Porém, mesmo com
essa dificuldade, os resultados obtidos foram coerentes, pois esperava-se que a
amostra com maior massa, ocupando todo o espaço do picnômetro, iria apresentar
maior densidade e, consequentemente, maior massa específica, como é o caso da
solução salina. E o contrário também iria acontecer, neste caso, a amostra de álcool
etílico que apresentou menor massa. Dessa forma, tem-se que, para um mesmo
volume, a massa do álcool etílico < aguardente < água destilada < solução salina, e
assim, a massa específica do álcool etílico < aguardente < água destilada < solução
salina.
Já na prática de densimetria faz-se necessário atenção no momento de
escolher o densímetro a ser utilizado, levando em consideração, que existem
diversas escalas diferentes, e no momento da leitura é importante que o
equipamento esteja na parte central do líquido. Vale ressaltar que nesta prática não
foi possível determinar a %P/P e a densidade a 15 ºC da solução salina porque sua
massa específica é maior que 1 e na tabela fornecida o valor máximo era de 0,99.
Comparando as duas práticas, pode-se perceber que os resultados obtidos
foram próximos, isso torna os dois métodos eficientes na determinação de
densidade e massa específica. Esses mesmos valores, apresentaram uma pequena
variação do esperado, por exemplo o teor alcoólico da aguardente, que deveria ser
9
de 39% foi quantificado em 37%, esse valor pode ser justificado observando-se que
como o álcool é uma substância volátil, ele deve ter evaporado, principalmente
levando em consideração que a bebida está armazenada a bastante tempo. Essa
mesma justificativa, serve para o álcool etílico que deveria ter 79% de álcool, mas
foram quantificados 76%. Ademais, a variação apresentada entre os dois métodos
pode ser consequência da calibração dos equipamentos e até mesmo de algum erro
dos analisadores.
6. Conclusão
Destarte, foi possível determinar a massa específica e densidade das amostras
de água, solução salina, aguardente e álcool etílico. Dessa forma, temos que a
ordem crescente das amostras com suas massas específicas é álcool etílico,
aguardente, água destilada e solução salina. Além disso, a amostra que apresentou
nitidamente maior concentração de álcool foi o álcool etílico e em seguida a
aguardente.
Portanto, é notável a importância da picnometria e densimetria para o controle
de qualidade de alguns alimentos e produtos farmacêuticos, visto que através
desses procedimentos pode-se verificar se houve ou não adulteração, comparando
os valores obtidos com os valores especificados na legislação vigente. Além de
determinar a pureza de substâncias.
10
7. Referências
LABOR QUIMI. Picnômetro de vidro. Disponível em:
<https://www.laborquimi.com.br/picnometro-vidro>. Acesso em: 08 de maio de 2022.
LIMA, Nelson. Educação Física. Massa específica e densidade absoluta.
Disponível em:
<http://educacao.globo.com/fisica/assunto/mecanica/massa-especifica-e-densidade-
absoluta.html>. Acesso em: 08 de maio de 2022.
OLIVEIRA, B.M; FILHO, J.M.M; AFONSO, J.C. A densidade e a evolução do
densímetro. Revista Brasileira de Ensino de Física [online]. 2013, v. 35, n. 1, pp.
1-10. Disponível em:
<https://www.scielo.br/j/rbef/a/Y7KVH73Hs4fh8hsdmK3bK6r/?lang=pt>. Acesso em:
10 de maio de 2022.
CESAR, J.; DE PAOLI, M.A; ANDRADE, J.C. A determinação da densidadede
sólidos e líquidos. Chemkeys - Liberdade para aprender. Universidade Estadual
de Campinas, ano 2004, julho de 2004. Disponível em:
<http://webeduc.mec.gov.br/portaldoprofessor/quimica/cd2/conteudo/aulas/37_aula/r
ecursos/21480/21480.pdf>. Acesso em: 10 de maio de 2022.
FOGAÇA, Jennifer. Densidade. Manual da Química. Disponível em:
<https://www.manualdaquimica.com/quimica-geral/densidade.htm>. Acesso em: 10
de maio de 2022.
BRAGA, Nathália. Como é medido o teor alcoólico de uma bebida.
Superinteressante, 2014. Disponível em:
<https://super.abril.com.br/mundo-estranho/como-e-medido-o-teor-alcoolico-de-uma-
bebida/>. Acesso em: 10 de maio de 2022.
11
https://www.laborquimi.com.br/picnometro-vidro
http://educacao.globo.com/fisica/assunto/mecanica/massa-especifica-e-densidade-absoluta.html
http://educacao.globo.com/fisica/assunto/mecanica/massa-especifica-e-densidade-absoluta.html
https://www.scielo.br/j/rbef/a/Y7KVH73Hs4fh8hsdmK3bK6r/?lang=pt
http://webeduc.mec.gov.br/portaldoprofessor/quimica/cd2/conteudo/aulas/37_aula/recursos/21480/21480.pdf
http://webeduc.mec.gov.br/portaldoprofessor/quimica/cd2/conteudo/aulas/37_aula/recursos/21480/21480.pdf
https://www.manualdaquimica.com/quimica-geral/densidade.htm#:~:text=A%20densidade%20%C3%A9%20a%20rela%C3%A7%C3%A3o,uma%20dada%20temperatura%20e%20press%C3%A3o.&text=Isso%20significa%20que%20a%20densidade,N%C3%A3o%20pare%20agora%E2%80%A6
https://super.abril.com.br/mundo-estranho/como-e-medido-o-teor-alcoolico-de-uma-bebida/
https://super.abril.com.br/mundo-estranho/como-e-medido-o-teor-alcoolico-de-uma-bebida/