Relatório 8 Determinação da densidade de sólidos, líquidos e gases

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Universidade Estadual De Ponta Grossa
Setor de Ciências Exatas e Naturais
Departamento de Química
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DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE DE SÓLIDOS, LÍQUIDO E GASES
Ponta Grossa
2015
Guilherme De San Martin Munhoz R.A 15160621
Luanna Di Mario Rocha R.A 15006821
Mayra Alves Donato: R.A 15148521
Mônica Almeida Marques: R.A 15288721
Murilo Ruan Pereira: R.A 15007121
	
DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE DE SÓLIDOS, LÍQUIDOS E GASES
Relatório apresentado ao professor Éder Souza para a obtenção de nota parcial na disciplina de química, no curso de Engenharia civil.
Ponta Grossa
2015
INTRODUÇÃO
	Para satisfazer as exigências do cotidiano e da ciência, novas medições foram criadas, ao longo do tempo. No cotidiano é comum dizermos, por exemplo, que o chumbo “pesa” mais do que a madeira. No entanto, 1 kg de chumbo afunda, enquanto 1 kg de madeira flutua na água. Essa comparação, porém, só se torna justa e racional quando feita entre volumes iguais. 
	Dessa maneira o conceito de densidade dos materiais, entendida como a massa dos “pedaços” iguais (volumes iguais) de diversos materiais. 	Matematicamente, essa idéia corresponde à seguinte definição:
Densidade é o quociente da massa pelo volume do material (a uma dada temperatura).¹
 sendo: m = massa do corpo (g)
			 V = volume do corpo (cm³ ou mL)
			 d = densidade (g/cm³ ou g/mL)
	É importante ainda observar que a densidade varia com a temperatura, pois o volume de um corpo muda de acordo com a temperatura, embora a massa permaneça a mesma. É importantíssimo que em informações científicas, seja especificado essa temperatura.¹ 
	Esse conceito foi desenvolvido por Arquimedes quando o rei Híeron II desconfiou que o ouvires roubara uma parte do ouro da sua coroa, por um peso equivalente em prata. O rei Híeron, furioso, pediu a Arquimedes que lhe fornecesse a prova da culpa ou da inocência do homem. Preocupado com o assunto, Arquimedes dirigiu-se para as termas. Então, notou que quanto mais afundava o corpo na banheira, mais água derramava para fora. A água derramada correspondia ao peso em volume de água do seu corpo imerso: a sua quantidade era inversamente proporcional à densidade do seu corpo. Para resolver o dilema de Híeron, bastava então estudar o comportamento do ouro e da prata na água. Se uma coroa de ouro puro imersa em um recipiente deslocava uma quantidade de água diferente de uma coroa de prata com a mesma massa, imersa nas mesmas condições, é que o ouro e a prata tinham densidades diferentes. ² 
	O Princípio de Arquimedes pode ser enunciado da seguinte maneira: “um fluído em equilíbrio age sobre um sólido nele imerso (parcial ou totalmente) com uma força vertical orientada de baixo para cima, denominada empuxo, aplicada no centro de gravidade do volume do fluído deslocado, cuja intensidade é igual a do peso do volume de fluído deslocado”. 3
Densidade dos sólidos 
	A densidade de um sólido pode ser determinada pesando-o cuidadosamente e em seguida determinando seu volume. Se o sólido apresentar uma forma irregular (o que torna impossível medir suas dimensões), o volume poderá ser determinado utilizando um método de deslocamento. Basicamente, determina-se a massa de uma amostra do sólido e então se transfere quantitativamente essa massa para um instrumento volumétrico graduado apropriado (ex: proveta ou bureta), parcialmente cheio com água (ou em algum líquido no qual o sólido não flutue). O sólido deslocará um volume de líquido igual ao seu volume. Assim, ao anotar a posição do menisco antes e depois da adição do sólido, o volume poderá ser deduzido. 4
	A densidade de um sólido pode ser definida como a relação entre a massa do sólido e a massa de um volume igual de um líquido. A densidade relativa é característica para cada solido, e depende basicamente de dois fatores: dos elementos químicos que o constituem e a maneira em que estão arranjados dentro da estrutura cristalina. 5
	A variação da densidade absoluta, no estado sólido, é também uma propriedade periódica dos elementos químicos. Os elementos mais densos situam-se no centro e na parte inferior da Tabela periódica. ¹
Densidade dos líquidos
	A densidade dos líquidos pode ser determinada analogamente à densidade dos sólidos, medindo-se a sua massa e determinando-se o seu volume. Entretanto, no caso dos líquidos, uma alteração relativamente pequena na temperatura pode afetar consideravelmente o valor da densidade, enquanto que a alteração de pressão tem que ser relativamente alta para que o valor da densidade seja afetado. 4
	 Para se medir a densidade em líquidos há duas maneiras a da picnometria que consiste numa medição feita em um recipiente fabricado com material adequado e que tenha o seu volume determinado com precisão. Para usá-lo pesa o picnômetro vazio, o enche com o produto a ser medido e depois o pesa cheio. Uma simples subtração dará o peso do produto. Como o volume já é conhecido, basta dividir o peso obtido (massa) pelo volume e obteremos a densidade. Para se fazer isso em um laboratório tomam-se muitos cuidados. É preciso calibrar o picnômetro com água, fazer várias medições, colocar o produto com cuidado, verificar a temperatura. 6
	Desse modo a densidade relativa é encontrada tendo em relação à densidade da substância em causa e a massa volúmica da substância de referência, sendo essa substância de referência normalmente a água por já ter seus valores tabelados: 
 7
	Outra maneira é a medição com o densímetro que é um aparato que tem por objetivo medir a densidade de líquidos. Uma das utilidades do densímetro é inferir propriedades dos líquidos através da inspeção de sua massa específica, principalmente quando os líquidos são misturas de substâncias. Nestes casos é possível inferir se a composição da mistura é a esperada ou não a partir do valor esperado para a massa específica da mistura. 7
Densidade dos gases ¹
No estudo das densidades dos gases há duas definições importantes a considerar: densidade absoluta e densidade relativa.
Densidade absoluta 
	Densidade absoluta ou massa específica de um gás, em determinada pressão e temperatura, é o quociente entre a massa e o volume do gás, nas condições consideradas de pressão e temperatura.
	Matematicamente no lugar da massa (m) podemos usar a massa molar (M) do gás, desde que no lugar do volume (V) seja usado o volume molar (Vm), disso resulta a equação: 
	No entanto podemos calcular a densidade absoluta, em qualquer pressão e temperatura, com o auxílio da equação de Clapeyron: 
 
Nessa última fórmula, a densidade absoluta de um gás diminui com o aumento de temperatura. Dentre as aplicações mais antigas desse fato, destacamos os balões das festas juninas e os balões de ar quente usados em competições esportivas.
Densidade relativa
Densidade relativa do gás 1 em relação ao gás 2 é o quociente entre as densidades absolutas de 1 e de 2, ambas sendo medidas nas mesmas condições de pressão e temperatura. 	
Matematicamente: 
Com respeito à densidade relativa devemos notar que: 
Ela é apenas um número puro (não tem unidade) e indica quantas vezes um gás é mais (ou menos) denso que outro; 
Sendo apenas um número, a densidade relativa não depende das variações de pressão e temperatura (evidentemente, desde que os dois gases permaneçam sempre nas mesmas condições de pressão e temperatura, como exige a própria definição); 
Quando teremos: 
Podemos particularizar considerando a massa molar e o volume molar dos gases: 
	Essas fórmulas são importantes porque mostram que as densidades dos gases são proporcionais às suas massas molares. Desse modo, quando verificamos que um gás é, por exemplo, cinco vezes mais denso que outro, já se pode concluir que cada molécula do primeiro gás pesa cinco vezes mais do que cada molécula do segundo. Isso facilita a determinação das massas molares no laboratório.Duas aplicações muito importantes dessa última fórmula são obtidas considerando-se a densidade de um gás em relação ao hidrogênio e em relação ao ar. 
 OBJETIVOS
	
MATERIAIS E REAGENTES UTILIZADOS
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
QUESTÕES E DISCUSSÕES
REFERÊNCIAS
1 FELTRE, Ricardo, 1928. Química Geral vol 1; pág 23-24 e 311-312; 6ª edição – São Paulo: Moderna, 2004.
2 Ramos, Wílson Carlos da Silva. ARQUIMEDES, DENSIDADE E A ORIGEM DO NOME EUREKA!. Disponível em: <http://www.obm.org.br/opencms/revista_eureka/origem.html>. Acesso em: 07 out. 2015.
3 LQES – Laboratório de Química do Estado Sólido – Instituto de Química – UNICAMP. Retículos Cristalinos e Grupos Espaciais Cristalográficos. Disponível em: <http://lqes.iqm.unicamp.br/images/vivencia_lqes_index_reticulos_cristalinos.pdf>. Acesso em: 07 out. 2015.
4 César, Janaína. Paoli, Marco-Aurélio De. Andrade, João Carlos de. A Determinação da Densidade de Sólidos e Líquidos. Disponível em: < http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/11544/articleI.pdf?sequence=3>. Acesso em: 07 out. 2015.
5 Soare, P.A.T., Ferraro, N.G, Santos< J.I.C Aulas de Física. 5 ed., São Paulo : Atual Editora, v. 3, 1993, p.16-19
6 Almanaque do IPEM-SP. Picnometria. Disponível em: < https://ipemsp.wordpress.com/2012/04/02/medicoes-estranhas-picnometria/>. Acesso em: 11 0ut. 2015.
7 CRC Handbook of Chemistry and Physics; 58th Edition, CRC Press, Inc., Cleveland, Ohio; Editor : Robert C. Weast; 1977-1978.
8 Densímetro. Disponível em: < http://www.mcientifica.com.br/shop/acessorios/densimetro.html>. Acesso em: 11 out. 2015.
 ATKINS, Peter, Princípios de Química: Questionamento a vida moderna e o meio ambiente; pág 77, 3ª edição, Editora Bookman.