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1 CÁLCULO DA DENSIDADE DE LÍQUIDOS E SÓLIDOS PRICILA MARIA BATISTA CHAGAS Ana Lúcia Baldaçara Brito (30D) - 202120358 Diego Faustino Garcia Pancotti (30D) - 202120686 Gabriel Pereira (30D) - 202120700 Laura Rodrigues Ribeiro Pinto (30D) - 202111218 Thauana Ávila Teixeira (30D) - 202120885 05 de julho de 2022 2 SUMÁRIO INTRODUÇÃO....................................................................................................... OBJETIVO............................................................................................................. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.................................................................... MATERIAIS UTILIZADOS..................................................................................... RESULTADOS...................................................................................................... PONTOS DE DISCUSSÃO................................................................................... REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................... 3 INTRODUÇÃO No estudo das substâncias, o uso de diversas propriedades específicas auxilia na identificação e classificação dessas. Uma dessas propriedades, muito relevante no estudo químico, é a densidade, obtida através da seguinte equação: 𝐷 = 𝑚 𝑣 Densidade é conceituada como o quociente entre a massa do corpo sólido, líquido ou gasoso e seu volume. Como estabelecido pela fórmula, a densidade é inversamente proporcional ao volume, isto é, quanto maior o volume menor a densidade e, quanto menor o volume, maior a densidade. Esse fato explica, por exemplo, o porquê de alguns corpos afundarem e outros ‘’flutuarem’’ em líquido qualquer. Logo, a propriedade densidade mostra a massa de um corpo em um volume qualquer. Porém na medição as condições de temperatura e, no caso dos líquidos e gases, de pressão, uma vez que, interferem no volume desse corpo e, assim, no resultado da análise. O valor da massa é definido pelas técnicas de pesagem típicas do laboratório de análises químicas. Enquanto o volume, no caso dos líquidos, vidrarias graduadas, como a proveta, podem ser usadas na medição. O volume de sólidos regulares pode ser estabelecido através da medição das dimensões e por meio de cálculos matemáticos, o volume desse sólido é designado. Já o volume dos sólidos irregulares pode ser obtido pelo volume de um líquido deslocado, assim que o sólido irregular for colocado no líquido. A unidade de medida da densidade é, no S.I., Kg/m3, contudo, unidades como g/cm³, grama por centímetro cúbico, e g/mL, grama por mililitro, são amplamente e frequentemente usadas nas medições das densidades dos corpos. 4 OBJETIVO Esse projeto tem como objetivo, calcular a densidade de um sólido e de líquidos pré-determinados. Para calcular a densidade dos líquidos foi utilizado um densímetro construído em laboratório e para o sólido foi utilizado uma balança e uma proveta com água para medição de seu volume. A partir desse experimento, queremos saber se a densidade varia de acordo com cada líquido utilizado, de acordo com a relação existente entre a constante K e o h (altura do densímetro submersa). E comprovar se é possível calcular a densidade da bolinha de duas formas diferentes, uma com o volume geométrico da bolinha e outro com seu volume de deslocamento. 5 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Para dar início ao procedimento A, a equipe fez a construção de um densímetro utilizando um canudo, um prego e fita veda rosta. No procedimento B, o densímetro foi usado para determinar a densidade da água e o h (altura do densímetro submersa), e a partir deles foi calculado a constante K, que será utilizada para fazer os cálculos dos demais líquidos. A constante K foi calculada a partir da fórmula D = K/h e teve como resultado K=8,2g/cm². Para o procedimento C (Parte 1) o densímetro foi colocado em três provetas com diferentes líquidos, uma com etanol, uma com gasolina e coma com óleo. Após a descoberta do h e utilizando o valor encontrado para K, foi possível calcular a densidade de cada líquido estudado. Na segunda parte do procedimento C (Parte 2), foram coletados diversos dados referentes as densidades dos líquidos, cada dado foi coletado por um grupo do laboratório. Após colocar todos os dados em uma tabela, foi possível analisar e calcular a média e o desvio médio desses valores. E na última parte do procedimento C (Parte 3) foi determinado o erro relativo percentual entre as densidades teórica e experimental dos líquidos estudados. E para finalizar o experimento, no procedimento D foi medido a massa de uma bolinha de gude e seu diâmetro. Em seguida, foi calculado o volume da bolinha de duas formas diferentes, uma delas utilizando o volume geométrico(1) e a outra utilizando o deslocamento de seu volume em uma proveta com água(2). Com esses resultados foi possível calcular a densidade da esfera, tanto utilizando o volume geométrico(1), quanto com o volume a partir do deslocamento(2). 6 MATERIAIS UTILIZADOS 1. Canudo de plástico 2. Prego pequeno 3. Fita veda rosca 4. Bolinha de gude 5. Balança de precisão 6. Proveta 7 RESULTADOS ▪ Procedimento B (Dados de calibração do densímetro): PARÂMETRO MEDIDA UNIDADE DE MEDIDA ρ(água) 1,000 g/cm³ h 8,2 cm K do densímetro 8,2 g/cm² ▪ Procedimento C 1. Altura dos densímetros submersos e densidade dos líquidos: SUBSTÂNCIA h / cm ρ / (g/cm³) Etanol 9,3 cm 0,881 g/cm³ Gasolina 11,0 cm 0,745 g/cm³ Óleo 8,5 cm 0,964 g/cm³ ▪ Cálculo da densidade ρ(etanol) = 𝟖,𝟐 𝟗,𝟑 = 𝟎, 𝟖𝟖𝟏 𝒈/𝒄𝒎³ ρ(gasolina) = 𝟖,𝟐 𝟏𝟏 = 𝟎, 𝟕𝟒𝟓 𝒈/𝒄𝒎³ ρ(óleo) = 𝟖,𝟐 𝟖,𝟓 = 𝟎, 𝟗𝟔𝟒 𝒈/𝒄𝒎³ 2. Tabela com densidade dos líquidos coletados a 24°C: EQUIPE ρ(etanol) ρ(gasolina) ρ(óleo) 1 0,800g/cm³ 0,878 g/cm³ 0,709 g/cm³ 2 0,770 g/cm³ 0,797 g/cm³ 0,676 g/cm³ 3 0,823 g/cm³ 0,875 g/cm³ 0,700 g/cm³ 4 0,778 g/cm³ 0,853 g/cm³ 0,722 g/cm³ 5 0,881 g/cm³ 0,745 g/cm³ 0,964 g/cm³ Média 0,810 g/cm³ 0,829 g/cm³ 0,754 g/cm³ Desvio médio 0,044 g/cm³ 0,057 g/cm³ 0,118 g/cm³ ▪ Cálculo da média Md(etanol) = (0,800)+(0,770)+(0,823)+(0,778)+(0,881) 5 = 0,810 𝑔/𝑐𝑚³ Md(gasolina) = (0,878)+(0,797)+(0,875)+(0,853)+(0,745) 5 = 0,829 𝑔/𝑐𝑚³ Md(óleo) = (0,709)+(0,676)+(0,700)+(0,722)+(0,964) 5 = 0,754 𝑔/𝑐𝑚³ 8 ▪ Cálculo do desvio da média DM(etanol) = √ (0,800−0,81)2+(0,770−0,81)2+(0,823−0,81)2+(0,778−0,81)2+(0,881−0,81)² 5−1 DM(etanol) = √ (0,0001)+(0,0016)+(0,000169)+(0,00102)+(0,00504) 4 = √0,00198 DM(etanol) = ±0,044 𝑔/𝑐𝑚³ DM(gasolina) = √ (0,878−0,829)2+(0,797−0,829)2+(0,875−0,829)2+(0,853−0,829)2+(0,745−0,829)² 5−1 DM(gasolina) = √ (0,0024)+(0,00102)+(0,00211)+(0,000576)+(0,00705) 4 = √0,00327 DM(gasolina) = ±0,057 𝑔/𝑐𝑚³ DM(óleo) = √ (0,709−0,745)2+(0,676−0,745)2+(0,700−0,745)2+(0,722−0,745)2+(0,964−0,745)² 5−1 DM(óleo) = √ (0,00202)+(0,00603)+(0,00291)+(0,00102)+(0,0441) 4 = √0,0140 DM(óleo) = ±0,118 𝑔/𝑐𝑚³ 3. Determinação do erro relativo percentual: SUBSTÂNCIA ρ teórica / (g/cm³) ρ experim./ (g/cm³) ERRO / % Etanol 0,803g/cm³ 0,810g/cm³ ±0,864 g/cm³ Gasolina 1,247g/cm³ 0,829g/cm³ ±5,368×10¹ g/cm³ Óleo 0,895g/cm³ 0,754g/cm³ ±1,870×10¹ g/cm³ %erro(etanol) = |(0,803)−(0,810)| 0,810 × 100 = ±0,864 𝑔/𝑐𝑚³ %erro(etanol) = |(1,274)−(0,829)| 0,829 × 100 = ±5,368 × 10¹ 𝑔/𝑐𝑚³ %erro(etanol) = |(0,895)−(0,754)| 0,754 × 100 = ±1,870 × 10¹ 𝑔/𝑐𝑚³ ▪ Procedimento D (Densidade da bolinha de gude): OBJETO MASSA(g) DIÂMETRO RAIO Bolinhamaciça 8,595 g 1,555 cm 0,7775 cm 9 OBJETO V(geométrico) (1) V(desloc. v) (2) ρ(1) ρ(2) Bolinha 1,967 g/cm³ 3,5 mL 4,369 g/cm³ 2,456 g/cm³ ▪ Cálculo do volume da bolinha V(geométrico) = 4𝜋×(0,7775)³ 3 = 5,9032 3 = 1,967 𝑐𝑚³ ▪ Cálculo da densidade da bolinha 𝝆(1) = 8,595 1,967 = 4,369 𝑔/𝑐𝑚³ 𝝆(2) = 8,595 3,5 = 2,456 𝑔/𝑐𝑚³ 10 PONTOS DE DISCUSSÃO Pergunta 1: Discuta três possíveis erros durante a utilização do densímetro na medida das alturas h. Explique a implicação de cada erro sobre os valores de densidade. Resposta: Os três possíveis erros durante a utilização do densímetro nas medidas das alturas h são o erro da montagem do densímetro, o erro do equipamento de medição, pois não se pode ter uma alta precisão dos resultados e o erro dado por fatores ambientais (ações climáticas, pressão atmosférica, etc.) podendo haver alterações dos resultados obtidos. Pergunta 2: Compare as densidades dos líquidos obtidos e relacione essa grandeza com os aspectos moleculares de cada substância. Resposta: Os aspectos moleculares de cada substância estão diretamente relacionados com suas densidades. Sendo assim, o líquido com maior densidade possui moléculas mais compactas e o líquido menos denso, possui moléculas mais dispersas. Pergunta 3: Sobre a medida da densidade da bolinha de gude, qual resultado é mais confiável? Explique utilizando os conceitos de precisão e exatidão. Resposta: A precisão expõe uma comparação entre vários resultados, que serve para conferir se o instrumento utilizado realmente consegue reproduzir um resultado por meio da medição feita anteriormente. Sendo assim, o resultado mais confiável com base na precisão é o resultado geométrico, pois sua precisão e maior do que a do volumétrico. E no caso da exatidão que diz respeito à determinação de um valor exato e o mais próximo possível do valor concreto o resultado mais exato de acordo com nossos estudos é o resultado geométrico, pois está mais próximo do valor real da densidade da bolinha de gude. 11 REFERÊNCIAS [1] Acessado em 28 de junho de 2022: Livro de GQI 161 situado no Campus Virtual