ultimo relatório - físico química

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
DISCIPLINA: FÍSICO-QUÍMICA BÁSICA I
PRÁTICAS:
DENSIMETRIA
BALANÇA DE WESTPHAL
VERIFICAÇÃO EXPERIMENTAL DA LEI DE GRAHAM
DATA: 13/05/2022 e 20/05/2022
CURSO: QUÍMICA LICENCIATURA
EQUIPE:
JARDER TIAGO LIMA BAIMA (389732)
MARCOS ERNANDE DA SILVA MESQUITA (476118)
JHULIE ANNE MELO SILVA (515183)
MATEUS CARVALHO DE ALMEIDA (408553)
FORTALEZA – CE
2022
DENSÍMETROS
I. INTRODUÇÃO
Os densímetros são equipamentos destinados a medir a densidade de amostras, numa análise
qualitativa. Em teoria, os densímetros se baseiam no princípio de Arquimedes, que mede o
empuxo de uma solução sobre um corpo que nela é submerso. Fisicamente, quando um corpo é
mergulhado numa solução, há um deslocamento de líquido proporcional ao volume daquele
corpo, em que esse volume deslocado tem uma força peso que é relativa com sua densidade, e
por uma relação matemática pode-se calcular a sua massa específica.
Os densímetros são divididos em diversas graduações para as mais variadas aferições de
densidade, pois medem tanto soluções mais densas que a água como menos densas que ela.
Existem também densímetros destinados a medir a percentagem alcóolica de uma solução ou
uma bebida, estes são chamados de alcoômetros e são calibrados em temperaturas específicas
para a medida de percentagem. Normalmente esses alcoômetros são calibrados a 20º C e tem
uma tabela predefinida para comparação de medidas em determinadas temperaturas. Há
também uma relação matemática para corrigir a aferição de medidas para as soluções alcóolicas
após o uso dos alcoômetros, que relaciona as massas específicas aferidas, temperatura de
aferição das amostras e temperatura de calibração do equipamento.
II. OBJETIVOS
Determinar, utilizando um densímetro, a densidade das amostras de água, álcool comercial
solução de NaCl e aguardente, através do deslocamento do volume do fluido.
III. MATERIAL E MÉTODO
a. Materiais utilizados
● Densímetro;
● Provetas;
● Termômetro;
● Álcool comercial;
● Aguardente;
● Água.
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● Solução de NaCl
b. Metodologia
1. Limpou-se a bancada e organizou-se todo material para se iniciar o experimento;
2. Colocou-se 500mL de água em uma proveta;
3. Inseriu-se o densímetro na proveta, tomando-se os devidos cuidados para que o mesmo não
toca-se nas extremidades da proveta, e, mergulhou-o na água segurando-o pela extremidade da
haste, girando-o com os dedos;
4. Aguardou-se o momento do equilíbrio do densímetro e fez-se a leitura da escala;
5. Repetiu-se as operações descritas nos itens 2, 3 e 4, substituindo a solução utilizada
inicialmente, posteriormente com aguardente, solução de NaCl e, por último, com álcool
comercial;
6. Anotou-se os valores da escala observada em cada uma das análises;
7. Limpou-se e organizou-se a bancada para os próximos analistas.
IV. RESULTADOS E DISCUSSÕES
TABELA 01- RESULTADOS DAS AFERIÇÕES DE DENSIDADE POR DENSIMETRIA ALCOOMETRIA EM
SOLUÇÕES ALCÓOLICAS.
Amostra
Instrumentos
Utilizados
Temper
atura
(°C)
Massa
específi
ca
(g/cm³)
Percenta
gem em
peso
%(P/P)
Concentração de etanol
Graus
Gay-Lu
ssac
gramas de
etanol/100cm³
Alcoômetro
a 25°C a 15°C a 20°C
PL,
°GL
PR, °GL
Água
Densímetro
de
0,900-1000
25 0,9965 - - - - -
Aguardente
Alcoômetro
de
0,900-0,950
25 0,9560 27 0,9560 29,66 - 0,9560
-1,044
2
Álcool
comercial
Alcoômetro
de
0,800-0,850
25 0,8670 69 0,8670 62,69 - 0,8670
-1,133
Solução de
NaCl
Densímetro
de
1,000-1,200
25 1,112 – – – –
Tabela 03 - Dados obtidos nos experimentos de densimetria
Massa específica das amostras, foram utilizados os valores obtidos na leitura do alcoômetro,
na temperatura de 25ºC, água: 0,9965 g/cm3.
Massa específica aguardente obtida na leitura do alcoômetro: 0,9560 g/cm3.
Massa específica álcool comercial obtida na leitura do alcoômetro: 0,8670 g/cm3.
Os alcoômetros em geral são graduados a 20,0 °C.
Para corrigir as leituras dos alcoômetros utiliza-se a fórmula empírica:
Pr = PL – [0,4x(TL – TC)]
Onde Pr é o valor percentual real (grau real, em graus Gay-Lussac) (normalmente a 20,0 °C.);
PL é o percentual lido (grau aparente em graus Gay-Lussac); TL é a temperatura de leitura da
amostra; TC é a temperatura de calibração do alcoômetro
Baseado nos dados obtidos para aguardente:
PL = 0,9560
TL = 25 °C.
Substituindo na fórmula empírica:
Pr = 0,9560 – [0,4x(25– 20)]
Pr = 0,9560 – 2
Pr = -1,044
3
Da mesma forma para o álcool comercial baseado nos dados obtidos:
PL = 0,8670
TL = 25 °C.
Substituindo na fórmula empírica:
Pr = 0,8670 – [0,4x(25– 20)]
Pr = 0,8670 – 2
Pr = -1,133
Diante os resultados encontrados, calculou-se um valor negativo inesperado dePr (Percentual
real), pode ter sido por alguma contaminação, que deve ter colaborado com o valor negativo,
pois a leitura foi feita de forma correta, como mostra a tabela a seguir:
TABELA02- IMAGENS CORRESPONDENTES A CADA AMOSTRA E VALORES DO
ALCOÔMETRO
AGUARDENTE ÁLCOOL COMERCIAL
TABELA DE IMAGENS CORRESPONDENTES A CADA AMOSTRA E VALORES DO DENSÍMETRO
Como podemos observar, os valores encontrados (Tabela 1), a densidade diminui com o
aumento do teor alcoólico, isso pode ser explicado devido o fato de que a proporção de água
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vai diminuindo em decorrência do aumento de álcool menos denso. Fazendo uma associação ao
ponto de vista molecular, os álcoois têm maior tamanho que as moléculas de água, menos
simetria, sendo assim mais difícil uma interação entre essas moléculas, logo menor densidade.
Para termos o valor da densidade dos líquidos é necessário levar em conta o densímetro
utilizado, onde funcionamento baseia-se na proporcionalidade entre o grau de penetração de um
corpo sólido flutuante num líquido (medido em escala arbitrária) e a densidade desse líquido.
que no caso da água destilada não seria o mais preciso, mas mesmo assim o resultado foi de
0,9955 g/cm3. Já com relação a densidade da solução etílica (álcool comercial) foi mais precisa
por se tratar de um densímetro destinado a medir a porcentagem em volume de álcool em uma
solução aquosa, tendo como resultado a densidade obtida de 0,8170 g/cm3. Semelhantemente,
tivemos o resultado para a aguardente, com densidade de 0,9485 g/cm3.
V. CONCLUSÕES
Diante disso, as constatações feitas revelam que a partir do densímetro e do alcoômetro
é possível verificar a densidade dos líquidos fazendo uma leitura direta do aparelho e
constata-se que quanto maior o teor alcoólico, menor é a densidade do líquido. Verificou-se
ainda um erro no que se refere ao valor de Grau real de Gay-Lussac, que pode ter sido
ocasionado por contaminantes na hora de aferir os valores, pois foi feito a prática conforme o
manual.
Comprovou-se também, experimentalmente, que variáveis como a temperatura interferem
na aferição das massas específicas e consequentemente na análise experimental das amostras,
provocando discrepâncias qualitativas e quantitativas. Em comparação com o método
experimental da balança de Westphal, as divergências na medida não se deu somente pelo
método utilizado, mas também pela variação de temperatura de cada experimento, pois ambos
os experimentos foram feitos em dias distintos com temperaturas divergentes.
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VI. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] ATKINS, P.; JONES, L.; Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio
ambiente, Porto Alegre. Bookman, 2001.
[2] MONTAÑO, J. Gestão de Produtos Químicos - Conceito de Densidade. 2016. Disponível
em: <http://ambientesst.com.br/densidade-conceito/>
[3] ATKINS, P.; PAULA, J. Físico-Química. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, p. 77-80, 2008. v. 2.
[4] BROWN, T. L.; LEMAY, H. E.; BURSTEN, B. E. Química, a ciência central. São Paulo:
Pearson Prentice Hall
[5] MAZALI, I. Determinação da densidade de sólidos pelo método de Arquimedes.
Disponível em:
<http://lqes.iqm.unicamp.br/images/vivencia_lqes_meprotec_densidade_arquimedes.pdf>
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I- INTRODUÇÃO
Balança de Westphal
A balança de Westphal é um equipamento utilizado para medir massa específica de líquidos.
Este aparelhoutiliza o princípio de Arquimedes para realizar esta medida. Este princípio denota
que quando um corpo está imerso em um líquido, sofre a ação de uma força denominada
empuxo, que atua no sentido oposto a entrada do corpo no líquido. Esse empuxo exercido pelo
líquido é de mesma intensidade de força e de sentido oposto a aceleração gravitacional do
volume de líquido deslocado.
Essa determinação de massa específica é feita com o uso de um pêndulo que fica na balança,
que tem seu volume e peso definidos. Ainda assim, a balança é composta por um sistema
formado por uma base que sustenta a balança, a qual tem em seu braço graduações de um a dez
centímetros onde são utilizados cavaleiros, que são pesos de massa conhecida acoplados no
objetivo de se obter o equilíbrio de forças no momento do experimento com o líquido
analisado, em que este equilíbrio é observado quando a extremidade da balança(ponteiro) se
encontra colinear com a marcação na outra extremidade. O pêndulo é sustentado por um fio de
platina delgado preso em um peso que permite uma maior estabilidade para a balança na hora
da aferição das medidas. No experimento em questão, este pêndulo tinha 10 ml, onde este era
mergulhado na solução para sofrer o empuxo e assim auxiliar na verificação da massa
específica da amostra analisada. Cada cavaleiro utilizado no experimento tinha massas
distribuídas de tal forma:
Cavaleiro I: 0,0157 g
Cavaleiro II: 0,1005 g
Cavaleiro III: 1,0001 g
Cavaleiro IV: 1,8238 g
Cavaleiro V: 9,9006 g
Cavaleiro VI: 9,9951 g
Com base no experimento da balança de westphal, deduziu-se que ela era mais precisa que o
experimento com os densímetros, pois matematicamente ela assumia valores de até quatro
casas decimais com o uso dos cavaleiros de massa conhecida e além disso levava em
consideração uma medida física, o empuxo, e não somente uma análise visual ou qualitativa.
II-OBJETIVOS:
Determinar com o uso da balança de Westphal, massas específicas de diferentes amostras, em
uma análise quantitativa e qualitativa.
III- MATERIAL E MÉTODOS
- Material utilizado:
No método experimental da balança de westphal foram utilizados:
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. Uma balança de Westphal com pesos de massa definida(cavaleiros), fixada em um suporte por
um parafuso regulador de altura e composta com: braço graduado, pesos e contrapesos para
estabilidade e pêndulo de vidro de volume de 10 ml ,sustentado por um fio delgado de platina.
.Suporte elevador para a vidraria com os materiais para a análise.
.Vidraria com o material de análise onde o pêndulo da balança fosse mergulhado.
- Método experimental:
–Inicialmente, a balança foi acoplada em um suporte por meio de um parafuso regulável, seus
cavaleiros foram identificados, suas massas foram conhecidas e algumas amostras dos
compostos analisados foram colocadas uma de cada vez na proveta para se mergulhar o
pêndulo em cada uma delas.
–Realizou-se análises em quatro amostras de quatro compostos diferentes, inicialmente usou-se
o álcool, em seguida a água, solução de NaCl e por fim a aguardente. Em cada análise de cada
composto o pêndulo foi mergulhado nas amostras e o braço da balança foi estabilizado com o
uso dos cavaleiros nos seus entalhes, até que o ponteiro na extremidade esquerda ficasse
colinear com a graduação que indicava o equilíbrio de forças na balança.
–Os cavaleiros foram distribuídos para cada composto para atingir o equilíbrio da seguinte
forma no braço da balança:
TABELA 01- Posição dos cavaleiros em cada amostra do experimento e massa
específica calculada.
Posição dos cavaleiros no braço da balança em cada
amostra (em cm)
Massa específica
de cada amostra
à 27 º C ( em g/
Cm³)
A
M
O
S
T
R
A
S
Cavaleir
os
I II III IV V VI –
Álcool – 2 – 6 8 – 0,831918
Água 8 8 – 7 – 9 1, 036521
Solução
de NaCl
– 6 5 – 7 4 1, 097871
Cachaça
8 – 1 5 7 2
0, 9954
IV- RESULTADOS E DISCUSSÕES
Após cada análise experimental com base nas posições dos cavaleiros, em cada amostra,
pôde-se então calcular a massa específica de cada amostra pela seguinte relação matemática
que se relaciona com o princípio de Arquimedes, citado anteriormente:
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C1.D C2.D2 + C3.D3 + C4.D4 + C5.D5 +C6.D3= V . . g . D ( Equação 1)1 + ρ
-Onde C1,C2, C3, C4, C5, C6 são as relações de P( força peso) para cada cavaleiro, onde P=
M. g. No caso, C1= M1. g, onde M1 é a massa do cavaleiro 1 e g é a aceleração gravitacional.
- D1,D2,D3,D4,D5,D6 são as distâncias que cada cavaleiro são dispostos no braço da balança
de Westphal.
- é a massa específica para a substância analisada.ρ
- ‘g’ é a aceleração gravitacional
-V é o volume do pêndulo e D é a distância entre o ponto 0 e a extremidade de onde fica o
pêndulo.
Rearranjando a equação 1, ela fica da seguinte forma:
M1.D M2.D2 + M3.D3 + M4.D4 + M5.D5 + M6.D6= V . . D1 + ρ
- onde M1,M2,M3,M4,M5,M6 são as massas de cada cavaleiro e D1,D2,D3,D4,D5,D6 são as
distâncias que cada cavaleiro estão no braço de balança.
V, e D são o volume do pêndulo, a massa específica da amostra e a distância que o pênduloρ
está da origem 0 da balança, respectivamente.
Com base nessas considerações, pôde-se calcular a massa específica de cada composto
analisado no experimento.
Portanto, para o Álcool:
M2.D2 + M4.D6 + M5.D8 = V . (álcool) . Dρ
0,1005g . 2cm + 1,8238g . 6cm + 9,9006g . 8cm = 10cm³ . . 10cmρ
0,201 g.cm + 10,9428 g.cm + 72,048 g.cm= 100 .𝑐𝑚4 ρ
= 83,1918 g.cm / 100 = 0,831918 g/cm³ρ 𝑐𝑚4
Para a água:
M6.D9 + M2.D8 + M1.D8 + M4.D7 =v . (água).Dρ
9, 9951𝑔 . 9𝑐𝑚 + (0, 1005𝑔 + 0, 0157𝑔). 8𝑐𝑚 + 1, 8238𝑔. 7𝑐𝑚 =10𝑐𝑚³. ρ. 10𝑐𝑚
89, 9559𝑔. 𝑐𝑚 + 0, 9296𝑔. 𝑐𝑚 + 12, 7666𝑔. 𝑐𝑚 = 100𝑐𝑚4. ρ
 ρ = 103,6521𝑔.𝑐𝑚
100𝑐𝑚4
= 1, 036521 𝑔/𝑐𝑚³
Para a solução de NaCl
M5 . D7 + M2 . D5 + M6 . D4 = V . (solução de NaCl) . Dρ
9
9, 9006𝑔 . 7𝑐𝑚 + 0, 1005𝑔. 5𝑐𝑚 + 9, 9951𝑔. 4𝑐𝑚 = 10𝑐𝑚³. ρ. 10𝑐𝑚
69, 3042𝑔. 𝑐𝑚 + 0, 5025𝑔. 𝑐𝑚 + 39, 9804𝑔. 𝑐𝑚 = 100𝑐𝑚4. ρ
 ρ = 109,7871𝑔.𝑐𝑚
100𝑐𝑚4
= 1, 097871𝑔/𝑐𝑚³
Para a cachaça:
M1 . D8 +M5 . D7 +M4 . D5 + M6 . D2 + M3 . D1 = V . . D ρ(𝑐𝑎𝑐ℎ𝑎ç𝑎)
0, 0157𝑔. 8𝑐𝑚 + 9, 9006𝑔. 7𝑐𝑚 + 1, 8238𝑔. 5𝑐𝑚 + 9, 9951𝑔. 2𝑐𝑚 + 1, 001𝑔. 1𝑐𝑚 = 𝑉. ρ. 𝐷
0, 1256𝑔. 𝑐𝑚 + 69, 3042𝑔. 𝑐𝑚 + 9, 119𝑔. 𝑐𝑚 + 19, 9902𝑔. 𝑐𝑚 + 1, 001𝑔. 𝑐𝑚 = 10𝑐𝑚³. ρ. 10𝑐𝑚³
 ρ = 99,54𝑔.𝑐𝑚
100𝑐𝑚4
= 0, 9954𝑔/𝑐𝑚³
V- CONCLUSÕES
Do ponto de vista experimental, concluiu-se que o cálculo de massa específica obtido pelo
método da balança de westphal, apresentou maisprecisão do que o método de densimetria, se
levarmos em consideração uma análise mais quantitativa.Podemos notar essa diferença se
analisarmos a tabela a seguir:
TABELA 2- comparação de massas específicas entre o método de balança de Westphal e de
densimetria.
AMOSTRAS
Massa específica pela
balança de Westphal
(em g/cm³)
Massa específica por
densimetria (em g/cm³)
Álcool 0,831918 0,8670
Água 1, 036521 0,9965
Solução de NaCl 1, 097871 1,112
Cachaça 0, 9954 0,9560
Entretanto, houveram variáveis que interferiram nos experimentos. Por exemplo, o experimento
da balança foi feito em um dia diferente do experimento de densimetria. No dia do experimento
de densimetria, a temperatura atmosférica estava em 25º C, já no dia do experimento de
balança de westphal, a temperatura atmosférica estava há 27 ºC, o que proporcionou
discrepâncias do ponto de vista experimental. Pois variações de temperatura influenciam na
medida da massa específica, pois fazem que as soluções tendam a ter volumes mais elevados
com o aumento de temperatura, levando-se em conta que a temperatura é diretamente
proporcional ao volume de uma amostra.
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VI- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
[1] ATKINS, P.; PAULA, J. Físico-Química. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, p. 77-80, 2008. v. 2.
[2] MAZALI, I. Determinação da densidade de sólidos pelo método de Arquimedes.
Disponível em:
<http://lqes.iqm.unicamp.br/images/vivencia_lqes_meprotec_densidade_arquimedes.pdf>
[3] MONTAÑO, J. Gestão de Produtos Químicos - Conceito de Densidade. 2016. Disponível
em: <http://ambientesst.com.br/densidade-conceito/>
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