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Determinação da Densidade de Solventes Desconhecidos por Diferentes
Instrumentos Volumétricos
Resumo. A análise da densidade de diversas soluções é um trabalho que exige técnica e
conhecimento dos instrumentos volumétricos presente no laboratório. Todo instrumento apresenta
um grau de incerteza conhecido como erro e, ao calcular a densidade de tal solvente é necessário
efetuar a propagação do erro. Seguindo uma tabela de densidade de solventes conhecidas, é
possível dizer aproximadamente qual solução foi observada neste procedimento experimental
verificando, também, qual vidraria é mais exata.
Palavras-chave: densidade, solvente, exatidão.
Objetivos
Verificar a densidade de solventes
desconhecidos, utilizando instrumentos
volumétricos de diferentes níveis de exatidão.
Comparar a densidade encontrada dos solventes A e
B com a densidade de soluções na tabela
disponibilizada pela plataforma American Chemical
Society (4).
Introdução
A determinação de massa é realizada mediante a
comparação dos pesos de dois objetos, um de massa
conhecida e outro de massa desconhecida.
Utiliza-se para isto um aparelho chamado balança
(1).
Dentro dos mais importantes requisitos para
qualquer instrumento de medida, deve-se incluir a
sensibilidade e exatidão. No caso da balança
analítica a exatidão depende da qualidade do
conjunto de pesos disponíveis. Uma balança será de
pouca utilidade se não apresentar boa sensibilidade
e precisão (2).
As balanças de substituição modernas (balanças
de um prato) tornaram-se populares somente a
partir de 1946, o custo destas balanças era maior do
que as de dois pratos, mas as conveniências por elas
apresentadas tornaram-se tão populares que
atualmente a presença destas é essencial em todos
os laboratórios químicos. As balanças em uso hoje,
na maioria dos laboratórios, são eletrônicas, com
melhores facilidades de operação e desempenho
prático (2).
Quase toda análise envolve uma operação de
pesagem, tanto para medir a quantidade de uma
amostra, como para preparar soluções (2).
Trabalha-se com massas e não pesos. O peso de
um objeto é a força exercida sobre ele pela atração
gravitacional da Terra. Esta força difere em
distintos locais da Terra(2).
Expressada por grama (de acordo com o SI), a
massa é a quantidade de matéria da qual o objeto é
composto, e não varia (1).
Enquanto o volume é conhecido como
decímetro cúbico ou centímetro cúbico, o
comprimento como metro. Na maioria das vezes,
medem-se os comprimentos em centímetros ou
milímetros, onde 1 metro é igual a 100 centímetros
ou 1000 milímetros (1).
O litro, a antiga e ainda usada unidade de
volume, é definido no SI como sendo exatamente
igual a 1000 centímetros cúbicos ou decímetro
cúbico (1).
A densidade é definida como a razão entre a
massa de um corpo e seu volume, é uma
propriedade que não depende do tamanho da
amostra, então a densidade pode ser representada
por (g/mL) ou (g/cm³). Quando uma substancia é
aquecida ou resfriada o seu volume aumenta ou
diminui. Isto significa que a sua densidade também
muda (1).
Um corpo de massa m e volume v tem a
densidade
d =
Essa definição de densidade, somente pode ser
aplicada aos corpos homogêneos, isto é, corpos que
possuem a mesma composição em toda a sua
extensão. Para corpos heterogêneos, ela dá apenas a
densidade média, que varia de ponto a ponto (3).
A densidade pode variar em temperaturas
próximas, o que pode influenciar no procedimento
experimental, utilizando como base a densidade da
água, nota-se diferenças significativas em um curto
intervalo de temperatura.
Abaixo, tabela 1 com a determinação de
densidade da água em variadas temperaturas (2):
Tabela 1. Temperatura variando densidade da
água
Densidade da água
T(°C) d(g/cm³)
20 0,998203
21 0,997992
22 0,997770
23 0,997538
24 0,997296
25 0,997044
26 0,996783
27 0,996512
28 0,996232
29 0,995944
Com todas as informações sobre balança,
massa, volume e densidade é possível compreender
a utilização de aparelhos volumétricos.
Em um laboratório são basicamente dois os
tipos de frascos volumétricos disponíveis, a saber:
aqueles calibrados para conter certo volume, o qual,
se transferido, não o será totalmente (exibem a sigla
TC, to contain, gravada no vidro) e aqueles
calibrados para transferir um determinado volume
(exibem a sigla TD, to deliver, gravada no vidro),
dentro de certos limites de precisão (2).
Qualquer frasco volumétrico apresenta o
problema da aderência do fluido nas suas paredes
internas, mesmo estando limpo e seco. Por isto um
frasco construído para conter um determinado
volume de liquido (TC), sempre escoará um volume
menor, se for usado numa transferência (2).
Os equipamentos volumétricos TD têm seus
volumes corrigidos, com respeito à aderência do
fluido, e, por esta razão, escoarão o volume
indicado, se usados numa transferência (2).
Além destes detalhes, deve-se conhecer também
a exatidão do volume retido em um frasco TC e a
precisão do volume escoado por um frasco TD (2).
As provetas (ou cilindros graduados) são
equipamentos utilizados em medidas de volume.
São encontrados no comércio provetas TC e TD,
desde cinco mililitros até vários litros. O desvio
padrão da medida de volume feita com esses
aparelhos é de 1% (2).
Enquanto buretas consistem de um tubo
cilíndrico uniformemente calibrado em toda a
extensão de sua escala e possuem uma torneira na
sua extremidade inferior, que pode ser de vidro ou
de teflon, para o controle do fluxo do liquido nela
contido. As buretas são frascos volumétricos TD,
usadas para escoar volumes variáveis de líquido (2).
A unidade de medida encontrada na literatura
pode ser g/mL ou g/cm³.
Procedimento Experimental
Dividiu-se em bancadas duas estações,
correspondidas por A e B. Equipou-se cada estação
com os mesmos instrumentos, uma bureta de 50mL,
três provetas de 50mL, três béquer de 50mL, um
béquer de 250mL, balança analítica e um balão
volumétrico com um tipo de solvente desconhecido.
Abaixo figura 1, balança analítica utilizada na
estação A, fabricada pela empresa Marte Balanças e
Aparelhos de Precisão LTDA (modelo BL320H),
com a capacidade máxima de 320g e capacidade
mínima de 0,02g, o erro apresentado pelo fabricante
foi de 0,001g.
Figura 2, balança analítica utilizada na estação
B, fabricada pela empresa Mettler Toledo
(modeloPB303) com a capacidade máxima de 310g
e capacidade mínima de 0,02g, o erro apresentado
pelo fabricante foi de 0,001g.
Figura 1, Balança estação A.
Figura 2, Balança estação B.
A diferença de cada estação determinou-se pelo
fato dos solventes serem diferentes, apesar de serem
desconhecidos, ao realizar o calculo de densidade, é
possível notar a diferença dos dois solventes
utilizados.
Inicialmente tarou-se um béquer de 50mL na
balança analítica em seguida analisaram uma
determinada amostra do volume do solvente B (que
estava no interior do balão volumétrico) com o
auxilio da bureta, com o solvente retido no béquer
que foi tarado, efetuou-se a analise de massa (em
gramas) do volume obtido pela bureta, após
despejou-se o solvente analisado no béquer de
250mL.
O valor almejado para a analise de volume foi
de (10,00 ± 0,05) mL.
Repetiu-se o mesmo processo com a proveta de
50mL ao invés da bureta, com o valor almejado de
(15,0 ± 0,5) mL, nota-se que o erro da proveta é
maior que o erro da bureta.
O procedimento realizado na bancada B para a
análise do solvente B foi igualmente efetuado na
bancada A para solvente A.
Resultados e Discussão
Os dados de massa e volume de cada solvente
foram organizados em duas tabelas
Tabela 2. Dados observados da solvente A.
Solvente A
Instrumento Volume (mL) Massa (g)
Bureta 10,00 ± 0,05 7,577 ± 0,001
Proveta 15,2 ± 0,5 12,794 ± 0,001
Tabela 3. Dados observados da solvente b.
Já com os dados
obtidos é possível
observar a diferença
de massa dos
solventes. Para
melhor entendimento realiza-se o cálculo de
densidade.
Para solvente A:
- cálculo da densidade com medida efetuada
com o auxilio da bureta:
d = {
}
d = (0,7577 ± 0,0039) g/cm³
- cálculo da densidade com medida efetuada
como auxilio da proveta:
d = {
}
d = (0,842 ± 0,028) g/cm³
Para solvente B:
- cálculo da densidade com medida efetuada
com o auxilio da bureta:
d = {
}
d = (1,266 ± 0,006) g/cm³
- cálculo da densidade com medida efetuada
com o auxilio da proveta:
d = {
}
d = (1,33 ± 0,04) g/cm³
Pelo fato das medidas analisadas terem o erro do
instrumento, foi necessário realizar o cálculo da
densidade com a propagação dos erros
instrumentais.
Abaixo, tabelas 4 e 5 com os resultados do
cálculo de densidade dos solventes observados:
Tabela 4. Resultados do cálculo de
densidade.
Solvente A
Instrumento Densidade Erro
Bureta 0,7577 g/cm³ ± 0,0039
Proveta 0,842 g/cm³ ± 0,028
Tabela 5. Resultados do cálculo de densidade.
Solvente B
Instrumento Densidade Erro
Bureta 1,266 g/cm³ ± 0,006
Proveta 1,33 g/cm³ ± 0,04
A bureta tem um maior nível de exatidão do que
a proveta, pois a mesma dispõe quatro algarismos
significativos, enquanto a proveta tem apenas três
algarismos significativos, por esse fato, o melhor
instrumento para encontrar o solvente desejado
efetuando comparações de densidade com solventes
já conhecidos é utilizando as medidas analisadas
com a bureta. Percebe-se que a densidade dos
solventes com o volume obtido com o auxilio da
proveta tem maior dispersão, podendo apresentar
maior quantidade de solventes com densidades
compatíveis.
As balanças utilizadas no experimento tem o
mesmo nível de exatidão, pois o erro atribuído ao
valor que a balança informa, tem três algarismos
significativos, sendo ± 0,001 g.
Comparando com os dados de densidade de
solventes da tabela disponibilizada pela plataforma
Solvente B
Instrumento Volume (mL) Massa (g)
Bureta 10,10 ± 0,05 12,790 ± 0,001
Proveta 15,0 ± 0,5 20,009 ± 0,001
American Chemical Society, encontram-se os
seguintes resultados:
Para solvente A, manuseando a proveta acha-se
as densidade das soluções: tolueno, p-xileno,
m-xileno e 1,2-dimetoxi-etano que são compatíveis
com a densidade calculada a partir das medidas de
volume e massa.
A densidade do solvente A com a medida
observada com auxilio da bureta não teve solução
com densidade compatível.
Abaixo tabela 6, densidade dos solventes
encontrados a partir do cálculo de densidade do
solvente A:
Tabela 6. Solventes com densidades compatíveis
com solvente A analisado com o auxilio da proveta.
Proveta
Solventes Densidade (g/mL)
Tolueno 0,867
P-xileno 0,861
M-xileno 0,868
1,2-dimetoxi-etano 0,864
Já que com a bureta, não foi possível encontrar
solventes com densidades equivalentes, não houve
necessidade de expressar os dados em tabela.
Para solvente B, utilizando a bureta foi
encontrado apenas a glicerina (densidade de 1,261
g/mL) compatível com a densidade do solvente
analisado, enquanto para proveta não houve
solvente com densidades compatíveis.
Os resultados encontrados não tem alto nível de
confiabilidade, pois há diversos fatores externos
que podem influenciar no procedimento
experimental.
A falta do controle de temperatura pode ter
influenciar nos resultados, pois por mais que sejam
pequenas as supostas alterações nos valores, é
suficiente para excluir ou incluir algum tipo de
solvente com densidade equivalente, logo, o erro
operacional pode ser um meio de não obter bons
resultados, nota-se que não houve repetições para
cada solvente analisado nos instrumentos
envolvidos no procedimento.
Erros como o de paralaxe que podem ser
observadas leituras de um volume maior que o
correto ou de um volume menor que o correto deve
entrar como fator de alteração nos resultados
obtidos.
A tabela fornecida pela empresa American
Chemical Society não apresenta erros nas medidas,
demonstrando que a dispersão de medidas é
inexistente, ou seja, para tal solvente há apenas um
valor certo de densidade, não contendo variações.
Conclusão
Os resultados indicam que existem diversos
fatores que podem influenciar na obtenção de
densidade de determinada substância, acredita-se
que a temperatura ou outros tipos de condições
externas podem alterar os resultados.
É preciso ter conhecimento de qual vidraria
utilizar. Neste procedimento ficou evidenciado que
a bureta é o instrumento mais adequado para
verificação de densidade de soluções homogêneas,
pois, a mesma atribui um erro menor que o erro da
proveta, resultando menor dispersão na densidade.
Verificou-se que com a proveta, os valores de
densidade da solução A, tiveram maior quantidade
de solventes com densidade compatíveis.
Referências
(1) J. E. Brady, G. E. Humiston, “Química
Geral” volume 1, 2º edição, p. 8-19.
(2) N. Baccan, J. C. Andrade, O. E. S.
Godinho, J. S. Barone, “Química Analítica
Quantitativa Elementar” 3º edição, p.
154-175 e tabela 1, p. 292.
(3) M. Alonso, E. J. Finn, “Física um curso
universitário” volume 1, 2º edição, p.
13-19.
(4) Solventes comuns usados em química
orgânica tabela de propriedades1,2,3.
https://www.organicdivision.org/wp-content
/uploads/2016/12/organic_solvents.html,
American Chemical Society, acesso
em10/06/2019.