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Introdução Dentro dos mais diversos ramos da ciência, destaca-se a química. É ela a responsável por estudar alguns dos fenômenos que ocorrem no dia-a-dia e por isso, ajudar no desenvolvimento da sociedade. Através de laboratórios a química progride, uma vez que neles são feitos os procedimentos que representam os acontecimentos requisitados. A química é a ciência relacionada com as propriedades da matéria e suas características (1). Dentre algumas classificações, as propriedades da matéria podem ser consideradas intensivas (quando não há dependência da massa) e extensivas (quando a propriedade depende da massa da amostra) (1). Um dos conceitos mais fundamentais de química é a densidade. Grosseiramente falando, é ela quem “determina” o quanto um corpo é “cheio”. Ou seja, ela determina a quantidade de massa está presente em determinado volume do espaço de alguma matéria. Representando a densidade matematicamente, tem-se: m α v, ou seja, a massa é proporcional ao volume. Dessa forma, pode-se pensar que a massa cresce à medida que o volume cresce. Então, a densidade é considerada uma propriedade intensiva, pois ao se aumentar o volume, a massa também aumenta (1). Isso faz sentido para amostras de substâncias puras. O volume é proporcional à massa, mas inversamente proporcional, sendo que a divisão entre elas gera uma constante: Constante = massa/volume A essa constante dá-se o nome de densidade, representado por ρ (letra grega, lê-se “rô”). Então, de forma mais clara, pode-se afirmar que a densidade é uma constante, para dado corpo, que representa a quantidade de matéria que ele possui em relação ao volume que tal corpo ocupa no espaço. Objetivo: Este relatório tem por objetivo estudar qualitativa e quantitativamente as características da densidade, bem como aplicar seus conceitos ao mundo prático e laboratorial. Parte Experimental Materiais: 5 peças de ferro de formatos variados; 5 peças de cobre de formatos variados; Balança semi-analítica. Vidraria: Proveta graduada em 10 mL; Conta-gotas. Procedimentos: No experimento realizado, foram, inicialmente separadas e determinadas as massas com uma balança semi-analítica, 5 peças de ferro e 5 de cobre de formato irregular (que mais se aproximam de um cilindro) a fim de determinar suas respectivas massas e densidades. Iniciou-se, adicionando 7 mL de água em uma proveta graduada em 10 mL. Logo em seguida, foi colocada a primeira peça de ferro, de modo que ela ficou totalmente imersa na água, para medir a variação do volume do líquido e, consequentemente, o volume do sólido. Esse mesmo procedimento foi repetido com as demais peças de ferro. Do mesmo modo, as amostras de cobre foram mergulhadas na água para a mesma finalidade. Resultados Primeiramente, calcularam-se os volumes dos objetos pela diferença entre o volume inicial na proveta e o volume após a imersão do sólido. O desvio dessa subtração foi calculado pela teoria de propagação de erros, ou seja, somaram-se os desvios dos volumes anteriores. Como os desvios correspondiam ambos a 0,05mL, o desvio do objeto foi atribuído em 0,10 mL. Juntamente, as massas dos objetos irregulares foram encontradas. Tendo as massas dos objetos e seus respectivos volumes, tornou-se possível calcular suas densidades, utilizando-se a fórmula abaixo: ρ = Os dados anotados e calculados encontram-se na Tabela 1: Tabela 1- Amostras de Ferro: Massa, volume e densidade. Nº Massa do sólido (g) Volume(ml) (g/ml) 1 5,560,01 0,750,10 7,41 2 5,850,01 0,700,10 8,36 3 6,220,01 0,800,10 7,78 4 7,280,01 0,950,10 7,66 5 7,940,01 1,000,10 7,94 Em virtude das variações das densidades obtidas, calculou-se a densidade média por meio da fórmula abaixo: O desvio da densidade média foi atribuído ao desvio padrão, calculado pela equação abaixo: Os valores advindos das fórmulas foram: - Desvio padrão da densidade média =0,35 g/ml; - Densidade média = (7,83 0,35) g/ml; Por meio da relação massa x volume, desenhou-se o Gráfico 1: Por meio do gráfico, pode-se também calcular a densidade do objeto. Nesse caso, os pontos utilizados serão: (4 ; 0,5) e (8 ; 1,1). ρ = m2 – m1/v2 – v1 ρ = (6,67 ± 0,35) g/mL. Após expor os dados referentes ao ferro, organizaram-se de forma análoga os dados do cobre. As massas das cinco amostras de cobre, com seus respectivos volume e densidade estão dispostos na Tabela 2: Tabela 2- Amostras de Cobre: Nº (Massa do sólido) gramas (Volume) ml ρ (g/ml) 1 1,770,01 0,150,10 11,80 2 2,540,01 0,250,10 10,16 3 4,130,01 0,450,10 9,18 4 5,050,01 0,650,10 7,77 5 7,300,01 0,750,10 9,73 Utilizando-se os mesmos parâmetros para calcular a densidade e o desvio padrão do cobre, chegou-se a: -Densidade média =( 9,73 1,50 ) g/ml; -Desvio padrão da densidade média = 1,50 g/ml; Por meio relação volume x massa, construiu-se o Gráfico 2: Novamente de forma análoga ao ferro, tem-se, por meio do gráfico, a densidade do cobre. ρ = (10,0 ± 1,5) g/mL. Discussão Como visto, as amostras, tanto de ferro quanto de cobre, não apresentaram concordância de densidade. Tal fato pode ser explicado em razão da oxidação dos mesmos: os pedaços podem ter sofrido oxidações distintas, concluindo em discordância das características próprias do material. As amostras de ferro apresentaram densidades próximas uma das outras, e a densidade média obtida também se aproxima do valor dado na literatura (ρ=7,87 g/mL). Já as amostras de cobre apresentaram diferenças grandes (Δρ=4,03). Mesmo assim, a média obtida também se aproximou da literatura (ρ=8,92), embora, não tanto quanto as primeiras. Todavia, os resultados obtidos pelos gráficos se distanciaram muito dos dados literários, tanto para o ferro, quanto para o cobre. Uma das principais causas para esse desnível é que a utilização do gráfico é um método bastante manual, ou seja, ele está sujeito aos erros pessoais e de instrumentos, ao contrário da resolução teórica que só está exposta aos erros de instrumentos. Conclusão Do experimento realizado, algumas conclusões devem ser observadas. Primeiramente, como é indicada, a densidade de uma substancia química é uma constante. Isso ocorre, pois certa matéria que possui as mesmas propriedades físicas não ocupa mais espaço do que ela mesma, apenas com quantidades maiores da mesma. Um dado obtido é um tanto quanto curioso: certa massa de ferro deslocou um volume menor de água do que uma massa menor. Isso se dá, pois havia uma margem de erro nas medidas, e o ferro apresentava oxidação, o que permite tal diferença “impossível”. Outra conclusão importante é a formação da ferrugem. Quando o ferro entra em contato com o ar e a água, ocorre a reação da formação da ferrugem. É um processo natural espontâneo em meio aquoso, que modifica as propriedades físicas do pedaço de ferro analisado, tornando-o uma mistura. Portanto, uma “substancia química” pode possuir densidades diferentes (sob um olhar macroscópico) pois, na verdade, outras substâncias (como no caso a ferrugem) podem estar presentes na amostra. Referências Bibliográficas Atkins, P., Jones, L.; Princípios de Química; Volume Único; p. 32 e 33; 3ª edição; editora Bookman; New York and Basingstoke; 2005; pt.wikipedia.org/wiki/Densidade; Apostila de Laboratório de Química Geral e Inorgânica, dos cursos de Engenharia Química e Engenharia Elétrica, pág. 13 e 14.
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