Relatório V

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Uni Bh
Belo Horizonte, 21 de Abril de 2013
Densidade e Concentração de uma substância
Autores:
Danilo Gomes de Souza
Leandro Araújo Lucas
Luan Rafael Ferreira
Luiz Ricardo dos Santos
Ronaldo Adriano Costa Vicente
Sandro Henrique Portela de Matos
Vinicius Souza de Almeida
Introdução
O conceito de densidade é muito importante não só na química como em muitas outras disciplinas e possui um número muito grande de aplicações. Esse conceito se baseia numa relação de duas grandezas fundamentais: a massa e o volume. Determinar a densidade de um dado objeto é calcular a razão entre sua massa e o volume que o mesmo ocupa no espaço.
A densidade é uma característica especifica de cada substância, e ela depende da temperatura de tal substância. Saber a densidade de um dado objeto a uma dada tempera significa ser capaz de determinar o volume que ela ocupará no espaço sabendo-se sua massa e vice versa.
A noção de massa específica é análoga à densidade, entretanto vale verificar que existe diferença. A densidade trata da razão entre a massa de um objeto e o espaço em que ela está distribuída, enquanto que a massa especifica trata da razão entre a massa de um objeto e o volume absoluto da matéria que o compõe. Para exemplificar isso basta tomar como exemplo um navio petroleiro: a densidade do navio é menor que a densidade da água para que o mesmo flutue, isso ocorre porque mesmo esse navio sendo muito pesado ele ocupa um volume distribuído muito grande. Se determinarmos a massa específica do petroleiro, verificamos que o valor obtido é diferente (no caso muito maior), pois no conceito de massa específica é verificada a relação entre a massa desse navio petroleiro e o volume absoluto da matéria que o compõe.
Existe outro conceito que tem muitas semelhanças com a densidade, que é o conceito de concentração de uma substância. A ideia desse conceito é quantificar a existência de uma dada substância em uma mistura. Para isso basta conhecer a massa ou volume de tal substância, por unidade de volume da mistura. O cálculo de concentração é feito através da razão da substância a qual deseja se determinar pelo volume absoluto da mistura. Um exemplo: em copo com tem-se água com sal, sabendo que a massa do sal contido na água é a concentração de sal na água é .
Baseado no conceito de concentração, a concentração percentual é uma maneira ainda mais clara de se quantificar a concentração de dada substância em uma mistura. Para calcula-la basta que a substância e a mistura estejam com unidades de medida iguais, seja volume ou massa. Depois se calcula a proporção da substância na mistura, e se transforma a medida da substância em unidades percentuais em que 100% é a medida da mistura. Um exemplo: em uma embalagem de se verifica de álcool e de água, assim se conclui que a concentração de álcool da mistura é e a concentração de água é (verifique que a mistura sempre vai ser ).
 Por causa de sua maior clareza em explicitar proporções, a concentração percentual é mais usada que a concentração comum.
 
Objetivo 
O objetivo do presente relatório é calcular a densidade de uma amostra de água, e calcular a concentração percentual de álcool contido na gasolina.
Parte Experimental
Materiais:
Pipeta (1), Becker (2), Balança (3), Proveta (4), Bastão de Vidro (5)
Água (H2O(l)), Gasolina, 
Métodos:
Serão verificadas as medidas graduadas da balança: como a capacidade máxima e os erros que afetam as medidas de a e de .
Será medida na balança a massa do Becker vazio, depois será medida na pipeta graduada de água que será colocada nesse Becker. Após será medida a massa do Becker com a água. Com essas medidas em mãos a densidade da amostra de agua poderá ser medida.
A amostra de gasolina possui um teor de álcool em sua composição fazendo dela uma mistura. O álcool presente na mistura tem estrutura molecular polar e a gasolina possui estrutura molecular apolar, o resultado disso é que o álcool da mistura é solúvel em água e a gasolina não. No momento em que se adiciona água à amostra, a água que também possui composição polar exerce uma interação molecular mais forte do que a gasolina sobre álcool o retirando da mistura. Baseando nisso será adicionado em uma proveta de gasolina e de água, depois a mistura será agitada com um bastão de vidro. Finalmente serão medidas as fases a fim de verificar a variação de cada uma, a variação na fase incolor, anteriormente composta apenas por água, evidenciará a quantidade de álcool “retirada” da fase composta pela amostra de gasolina.
Com a quantidade de álcool presente na amostra da gasolina em mãos será calculada a concentração percentual da mesma na amostra.
 (1) 		 (2)		 (3) (4)
					(5)
Resultados
Na primeira parte do experimento:
Inicialmente foram identificadas na Balança as medidas de Capacidade, e os erros que afetam as suas medidas. Os resultados seguem no quadro abaixo:
	Aparelho
	Capacidade
	Erro (0 até 40 g)
	Erro (40 até 400 g)
	Balança
	400 g
	0.001 g
	0.01 g
Posteriormente foi medida a massa de um Becker vazio, e em seguida mediu-se em uma pipeta graduada de água se adicionou a esse Becker. Foi medida então a massa do Becker com água. Os valores das medidas são verificados abaixo: 
	Material
	Massa
	Becker Vazio
	38.210 g ± 0.001 g
	Becker com Água
	48.10 g ± 0.01 g
Com as medidas acima foi possível determinar a massa da Água contida no Becker:
Assim:
	Material
	Massa
	Água
	9.89 g ± 0.01 g
Com a massa da água em mãos e sabendo o volume dela que estava contido no Becker. É possível calcular a sua densidade através da fórmula:
Onde é a massa da água, é o volume da água e é a densidade da água.
Assim:
Concluindo então que a densidade da amostra de água é .
Na segunda parte do experimento:
É adicionada a uma proveta de uma amostra de gasolina. Sabe-se que essa amostra na verdade é uma mistura entre gasolina e álcool. Após isso é adicionada na mesma proveta encima da mistura de gasolina, água em um volume de completando a capacidade da proveta. Visualmente verificam-se duas fases na atual mistura, visto que a gasolina e a água não se misturam. É importante ressaltar que pelo fato de que a gasolina possui densidade inferior à densidade da água, ela sempre estará por cima, mesmo que invertêssemos a ordem de substancias colocadas na proveta ou agitássemos a proveta.
Temos assim:
	Fase
	Volume
	Fase Água
	
	Fase Gasolina mais Álcool
	
É sabido que o álcool que está presente na amostra de gasolina possui estrutura molecular polar sendo assim solúvel em água (que também possui estrutura molecular polar). Como a gasolina possui estrutura molecular apolar, ela possui uma afinidade menor com o álcool do que a água. E como consequência disso é que literalmente a água “rouba” o álcool da amostra de gasolina formando uma nova mistura.
Depois de misturar-se a proveta contendo gasolina e água com verifica-se que a fase incolor contendo água aumenta de volume e a fase contendo gasolina diminui de volume. As novas medidas são mostradas na tabela abaixo:
	Fase
	Volume
	Fase Água mais Álcool
	
	Fase Gasolina
	
Calcula-se a diferença:
O volume de Álcool presente na amostra de gasolina e que passou para a agua é .
Com esse resultado em mãos torna-se possível calcular a concentração percentual do Álcool na amostra de Gasolina através da seguinte fórmula:
Onde é o volume do Álcool, é o volume da amostra inicial de Gasolina, e é a concentração percentual do Álcool contida na amostra inicial de Gasolina.
Assim:
Como visto acima, a concentração percentual do Álcool na amostra inicial de Gasolina é 8%.
Conclusão 
Em inúmeros processos químicos, determinar a concentração de substâncias em misturas é crucial, de forma a conseguir os resultados esperados. Hoje se sabe, por exemplo, que quanto maior a concentração de Álcool na Gasolina maior será seu consumo pelo motor. Sabera concentração das substâncias de uma mistura é quase tão importante como saber quais as substâncias que compõem. Uma prova disso é a constatação de que qualquer experimento pode sofrer contaminação, e com isso torna se necessário determinar o quanto a contaminação vai influenciar os resultados obtidos, nessa colocação a medida da concentração e uma ferramenta de comparação extremamente importante. Outra prova de tal importância são os diferentes resultados que podem ser obtidos em uma experiência que envolve reação de substâncias, esses resultados podem ser unicamente determinados pela diferença/quantidade de concentração de substâncias na mistura.
O cálculo de concentração é derivado do cálculo de densidade, entretanto deve-se sempre observar que são conceitos diferentes. O conceito de densidade igualmente importe ao da concentração, explicita uma relação clara entre massa e volume. A diferença entre as densidades de substâncias que não se misturam explica o porquê de sempre existir uma ordem nas fases de uma mistura tais substâncias. O princípio é que a substância com densidade maior sempre vais estar abaixo da substância com densidade menor, a constatação dessa ideia tornou possível imaginar e depois construir-se navios, barcos, botes. Embora a noção da propriedade física em si não fosse conhecida, desde as primeiras ferramentas de locomoção sobre a água, foi-se evoluindo o material de fabricação e a tecnologia empregada a medida em que se chegava perto de uma clareza sobre esse fenômeno. Hoje existem no mundo embarcações que pesam milhares de toneladas e não afundam na agua, pois a sua densidade é menor, sendo assim uma substância que sempre ficar “por cima”.
O conceito de densidade tem outras inúmeras aplicações, umas aplicadas e outras mais científicas. A densidade define características átomos e moléculas. O conceito de massa específica é bem parecido com a densidade, mas seguem linhas de raciocínio diferente, a massa específica não leva em conta o volume gerado por uma determinada distribuição da matéria no espaço, mas sim seu volume absoluto, enquanto que a densidade leva em conta o volume gerado por tal distribuição. Assim os dois conceitos não devem ser confundidos.