Rel Quim Densidade de Sólidos e Liquidos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO
DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA
DENSIDADE DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS
SÃO LUÍS
2017
UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO
DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA
	
HILDIELLEN MACÊDO
MANUELA VALLE PORTO 
DENSIDADE DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS
Relatório apresentado ao Curso Ciências Biólogicas da UFMA - Universidade Federal do Maranhão, para a disciplina Química Geral e Inorgânica. Para obtenção de nota parcial da primeira avaliação.
Prof. Francisco Jean Botelho Rabelo.
SÃO LUÍS
2017
1.INTRODUÇÃO
A densidade absoluta ou massa específica é uma característica própria de cada material, logo é classificada como sendo uma propriedade específica. A densidade é a razão entre a massa de uma amostra e o volume ocupado por essa massa, e expressa quanto há de massa por unidade de volume de uma dada porção de matéria. 
 A densidade é uma propriedade física de extrema importância na caracterização, identificação e utilização de substâncias ou materiais. Muitos processos químicos, tais como fermentação de amidos, fabricação de ácidos e oxidação de amônia, são controlados através da medi a da densidade. Hoje, o teor de água no álcool hidratado utilizado como combustível é controlado nos postos de serviço através da densidade da mistura hidro-etanólica. Polímeros comerciais, como, por exemplo, o polietileno, são caracterizados comercialmente através de suas densidades. As substâncias simples de muitos elementos químicos podem ser identificadas através dos seus valores de densidade. 
Para determinar a densidade de sólidos e liquidos, o método da picnometria é geralmente empregado. A picnometria é uma técnica laboratorial utilizada para fazer a determinação da massa específica e da densidade de líquidos.
Pode também determinar-se a massa específica e a densidade de sólidos, devendo antes ser dissolvido.
O picnômetro é uma vidraria especial esmerilhada, utilizada na picnometria que possui baixo coeficiente de dilatação. Os picnômetros possuem um pequeno orifício em sua tampa. Esse orifício dispensa o acerto do menisco, pois o líquido deve transbordar por ele, ficando o picnômetro totalmente cheio.
A água é utilizada como substância padrão na picnometria, à temperatura ambiente (24 °C).
Outro método bastante utilizado é o método de deslocamento de água, uma técnica em que consiste determinar a massa e dividir esse valor pelo seu volume. Se um corpo tiver um volume bem definido calcula-se geometricamente, caso contrário, calcula-se o valor da substância do nível de um líquido (no qual o sólido seja insolúvel), num recipiente graduado. O volume de objetos irregulares é determinado pelo Principio de Arquimedes, que diz que ao colocar um sólido irregular em um recipiente cheio de água; o volume de água deslocada é igual ao volume do objeto irregular. Os líquidos são substâncias com densidades bem menores em relação aos sólidos, pois, as partículas de suas moléculas se encontram mais distanciadas umas das outras.
Este relatório contem ambos os métodos, realizado com o intuito da aprendizagem e fixação dos métodos de determinação de densidade mais comuns no meio experimental. A prática foi realizada em três partes, com inicio no da 22/09, a segunda realizada no dia 29/9 e com término do dia 6/10; no Laboratório Geral de Química.
2. OBJETIVOS 
Determinar a densidade de sólidos a partir de suas dimensões, usando-se métodos e equipamentos diferentes. 
Determinar a densidade de amostra sólida e soluções usando-se o picnômentro.
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
3.1. Materiais e Equimamento:
 Pisceta 25 mL;
 Proveta de 25 mL;
 Béquer 50 mL e 100 mL;
 Cilíndro Metálico escuro e dourado;
 Balança analítica de 4 casas;
 Régua 30 cm;
 Paquímetro;
 Picnômetro;
 Acetona;
 Água destilada;
Solução de NaCl de 5%,10%,15%,25%;
 Termômetro.
3.2. Densidade de Sólidos:
(I) Cilíndro Metálico I: Escuro.
(II) Cilíndro Metálico II: Dourado.
(I) Escuro:
Régua:
1. Pesou-se o cilíndro metálico escuro (I) na balança analítica;
2. Realizou-se o processo 1 mais duas vezes; 
3. Tirou-se a média das massas obtidas;
4. Obteu-se o volume do sólido I com o auxílio de uma régua, a partir das medidas de raio e altura mensuradas;
5. Obteu-se a densidade do cilíndro escuro (I) a partir dos resultados obtidos.
Paquímetro:
1. Utilizou a massa do sólido já calculada;
2. Obteu-se o volume do cilíndro I com o auxílio do paquímetro, a partir das medidas de raio e altura mensuradas;
3. Calculou-se a densidade do cilíndro I a partir dos resultados obtidos.
Deslocamento de água:
1. Conservou-se a massa do sólido já calculada;
2. Encheu-se uma proveta com água e anotou-se o volume;
3. Colocou-se suavemente o cilíndrico metálico I na proveta com água destilada;
4. Anotou-se o volume final;
5. Obteu-se o volume deslocado de água;
6. Obteu-se o volume do cilíndro metálico I a partir o deslocamento de água;
7. Calculou-se a densidade do sólido I a partir dos resultados obtidos.
(II) Dourado: 
Régua:
1. Pesou-se o cilíndro metálico dourado (II) na balança analítica;
2. Realizou-se o processo 1 mais duas vezes; 
3. Tirou-se a média das massas obtidas;
4. Obteu-se o volume do sólido II com o auxílio de uma régua, a partir das medidas de raio e altura mensuradas;
5. Obteu-se a densidade do cilíndrico Metálico II a partir dos resultados obtidos.
 Paquímetro:
1. Conservou-se a massa do sólido já calculada;
2. Obteu-se o volume do cilíndro II com o auxílio do paquímetro, a partir das medidas de raio e altura mensuradas;
3. Calculou-se a densidade do cilíndro II a partir dos resultados obtidos.
Deslocamento de água:
1. Conservou-se a massa do sólido já calculada;
2. Encheu-se uma proveta com água e anotou-se o volume;
3. Colocou-se suavemente o cilíndrico metálico II na proveta com água destilada;
4. Anotou-se o volume final;
5. Obteu-se o volume deslocado de água;
6. Obteu-se o volume do cilíndro metálico II a partir o deslocamento de água;
7. Calculou-se a densidade do sólido II a partir dos resultados obtidos.
3.3. Densidade a partir do picnômetro
3.3.1 Calibração do picnômetro:
1. Higienizou-se o picnômetro com o auxilio da acetona;
2. Pesou-se o picnômetro vazio na balança analítica;
3. Executou-se o processo 2 mais duas vezes;
4. Tirou-se a média das massas obtidas;
5. Colocou-se água destilada em uma proveta;
6. Mediu-se a temperatura da água;
7. Colocou-se a água no picnômetro;
8. Pesou-se o picnômetro com água na balança analítica;
9. Repetiu-se o processo 8 mais duas vezes;
10. Calculou-se a média das massas obtidas;
11. Calculou-se a massa de água a partir da diferença entre a média das massas do picnômetro vazio e com água;
12. Calculou-se o volume de água no picnômetro a partir da massa e densidade da água;
13. Encontrou-se o volume do picnômetro.
3.3.2 Densidade da amostra sólida
1. Higienizou-se o picnômetro com o auxilio da acetona;
2. Pesou-se o picnômetro vazio na balança analítica;
3. Executou-se o processo 2 mais duas vezes;
4. Tirou-se a média das massas obtidas;
5. Colocou-se a amostra sólida no picnômetro;
6. Pesou-se o picnômetro + amostra sólida na balança analítica;
7. Repetiu-se o processo 6 mais duas vezes;
8. Calculou-se a média das massas obtidas;
9. Calculou-se a massa da amostra sólida a partir da média das massas do picnômetro vazio e com amostra sólida;
10. Colocou-se água destilada no picnômetro contendo a amostra sólida;
11. Pesou-se o picnômetro + amostra sólida + água destilada na balança analítica;
12. Repetiu-se o processo 11 mais duas vezes;
13. Calculou-se a média das massas obtidas;
14. Calculou-se a massa da água a partir da média das massas do picnômetro + amostra sólida + água destilada e picnômetro + amostra sólida;
15. Calculou-se o volume da água a partir da massa da água e a densidadeda água naquela temperatuda;
16. Calculou-se o volume da amostra sólida a partir do volume do picnômetro e volume da água;
17. Calculou-se a densidade do sólido a partir da massa do sólido e o volume da amostra;
18. Identificou-se qual metal a amostra sólida é formada, a partir da densidade da amostra.
3.4. Densidade de Solução
3.4.1 Densidade da solução 5% (m/m) de NaCl:
1. Higienizou-se o picnômetro com o auxilio da acetona;
2. Pesou-se o picnômetro vazio na balança analítica;
3. Executou-se o processo 2 mais duas vezes;
4. Obteu-se a média das massas obtidas;
5. Colocou-se a solução de NaCl 5% no picnômetro;
6. Pesou-se o picnômetro com a solução de NaCl;
7. Repetiu-se o processo 6 mais duas vezes;
8. Tirou-se a média das massas obtidas;
9. Obteu-se a massa da solução a partir das médias das massas;
10. Calculou-se a densidade da solução a partir da massa da solução e volume já calibrado do picnômetro.
3.4.2. Densidade da solução 10% (m/m) de NaCl:
1. Higienizou-se o picnômetro com o auxilio da acetona;
2. Pesou-se o picnômetro vazio na balança analítica;
3. Executou-se o processo 2 mais duas vezes;
4. Tirou-se a média das massas obtidas;
5. Colocou-se a solução de NaCl 10% no picnômetro;
6. Pesou-se o picnômetro com a solução de NaCl;
7. Repetiu-se o processo 6 mais duas vezes;
8. Tirou-se a média das massas obtidas;
9. Obteu-se a massa da solução a partir das médias das massas;
10. Calculou-se a densidade da solução a partir da massa da solução e volume já calibrado do picnômetro.
3.4.3. Densidade da solução 15% (m/m) de NaCl:
1. Higienizou-se o picnômetro com o auxilio da acetona;
2. Pesou-se o picnômetro vazio na balança analítica;
3. Executou-se o processo 2 mais duas vezes;
4. Tirou-se a média das massas obtidas;
5. Colocou-se a solução de NaCl 15% no picnômetro;
6. Pesou-se o picnômetro com a solução de NaCl;
7. Repetiu-se o processo 6 mais duas vezes;
8. Tirou-se a média das massas obtidas;
9. Obteu-se a massa da solução a partir das médias das massas;
10. Calculou-se a densidade da solução a partir da massa da solução e volume já calibrado do picnômetro.
3.4.3. Densidade da solução 25% (m/m) de NaCl:
1. Calibrou-se o picnômetro com o auxilio da acetona;
2. Pesou-se o picnômetro vazio na balança analítica;
3. Executou-se o processo II mais duas vezes;
4. Tirou-se a média das massas obtidas;
5. Colocou-se a solução de NaCl 25% no picnômetro;
6. Pesou-se o picnômetro com a solução de NaCl;
7. Repetiu-se o processo 6 mais duas vezes;
8. Tirou-se a média das massas obtidas;
9. Obteu-se a massa da solução a partir das médias das massas;
10. Calculou-se a densidade da solução a partir da massa da solução e volume já calibrado do picnômetro.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Diversas maneiras foram posta em prática para determinar as densidades dos sólidos, a fim de identificar a que se tenha uma maior precisão. 
3.2. Densidade de Sólidos:
(I) Cilíndro Metálico I: Escuro
(II) Cilíndro Metálico II: Dourado
Régua:
Pesou-se os cilíndros metálicos três vezes para garantir uma maior aproximação do peso real dos metais, visto que há várias interferências que dificultam uma pesagem adequada. Obteu-se o valor das massas com suas respectivas médias dos três valores: 
	
	M 1
	M 2
	M 3
	MÉDIA
	Cilíndro Escuro (I)
	3,5301
	3,5317
	3,5276
	3,5298 g
	Cilíndro Dourado (II)
	11,1034
	11,1042
	11,1076
	11,1052 g
Calculou-se o volume dos cilíndros escuro e dourado a partir da fórmula do volume de cilíndro, que é 2h, onde mediu-se, com o auxílio da régua, o diamêtro dos cilíndros escuro e dourado, com o valor de 0,4 cm e 0,4 cm, respectivamente e a altura com o valor de 10 cm e 10 cm, assim aplicou-se a formula da seguinte maneira:
Escuro: Dourado:
 
 2h 2h 
 
Com os valores das médias das massas e dos volumes dos cilíndros metálicos, calculou-se a densidade dos sólidos, dada por , calculado, então desta maneira:
 
Paquímetro: 
Com a massa já identificada dos cilíndros metálicos escuro e dourado, foi necessário apenas obter os volumes dos sólidos com o auxílio do paquímetro. 
Calculou-se o volume dos cilíndros metálicos, medindo primeiramente o diâmetro e altura dos cilíndros, 0,40cm para o escuro e 0,40 cm para o dourado e 10 cm e 10 cm , respectivamente, em seguida aplicou-se as fórmulas, equacionadas da seguinte maneira:
Escuro: Dourado:
 
 
Tendo os valores das massas e volumes dos cilíndros metálicos calculou-se a densidade da seguinte forma:
 
Nota-se que os valores das densidades quando obtido com o auxílio da régua só há uma casa decimal após a vírgula, já quando obtido com o auxílio do paquímetro, há duas casas decimais após a vírgula, isso acontece, pois o paquímetro fornece em sua medida duas casas decimais, obtendo uma maior precisão. 
Deslocamento de água:
Com as massas já obtidas dos cilíndros metálicos escuro e dourado, para obter as densidades necessitou-se calcular os volumes do metal I e II, desta vez foi utilizado o deslocamento de água para obter os volumes. 
O volume inicial de água posto na proveta foi de 22,5 mL para o cilíndro escuro e 22,5mL para o dourado.
Após os cílindros escuro e dourado terem sido colocados na proveta, ambos antigiram 24 mL. 
O deslocamento de água é obtido pela diferença entre o volume final e inicial, representados a seguir:
Escuro: Dourado:
 
Tendo a massa e volume do sólido calculou-se a densidade.
 
As densidades obtidas dos sólidos a partir de métodos diferentes estão dispostas na tabela para uma possível comparação das densidades a fim de selecionar o método mais preciso.
	
	Régua
	Paquímetro
	Deslocamento de água
	Sólido Escuro
	2,8 g/cm3
	2,81 g/cm3
	2,5g/cm3
	Sólido Dourado
	8,8 g/cm3
	8,84 g/cm3
	7,9g/cm3
Avaliando os três valores de densidade de cada cilíndro metálico, nota-se uma grande diferença entre o valor da densidade usando-se a régua e usando-se o paquímetro e uma pequena diferença de valores entre a densidade usando-se o paquímetro e usando-se o deslocamento de água. Essa discrepância entre o valor obtido a partir da régua e o valor obtido a partir do paquímetro se dá pela pouca precisão que a régua possui no momento de efetuar a mensuração da altura e diâmetro do cilíndro para calcular os volumes dos sólidos, prova disso é que ela fornece somente uma casa decimál após a vírgula. 
É nítido que a régua é a menos precisa dentre os três métodos realizados. Entre os valores obtidos a partir do paquímetro e do descolamento de água, percebeu-se na atividade prática que há vários fatores que podem aumentar a margem de erro no experimento, no caso de colocar água na proveta, há vários fatores que possam interferer na mensuragem dos volumes, como sujeiras no interior da proveta. E a proveta não é uma vidraria de volume preciso, o que gera uma maior margem de erro nos resultados. Partindo dessas observações, nota-se que os valores de densidade proveniente do deslocamento de água e da régua não são tão precisos. Já analisando o paquímetro nota-se uma margem de erro menor e uma maior precisão nas medidas de altura e diâmetro dos cilíndros metálicos dourado e escuro, prova disso é o fornecimento de duas casas decimais, garantindo uma maior precisão, sendo assim o valor mais preciso de densidade é o medido através do paquímetro, com o valor de 2,81 g/cm3 para o cilídro escuro e 8,84 g/cm3 para o dourado.
Consultando a tabela de densidade dos metais, observou-se que o metal do cilíndro dourado é o cobre e do cilíndro escuro é o alumínio.
3.3. Densidade a partir do picnômetro
3.3.1 Calibração do picnômetro:
O picnômetro foi higienizado com acetona para tirar resíduos de água e gordura que estavam na parte interior e exteriordele, fazer isso foi de extrema importância para não interferir nas pesagens. 
Pesou-se o picnômetro vazio e com água três vezes para garantir uma maior precisão. Obteu-se os valores do picnomentro vazio e cheio com suas respectivas médias:
	
	M 1
	M 2
	M 3
	MÉDIA
	VAZIO
	36,1902
	36,1878
	36,1869
	
	CHEIO
	88,8440
	88,8352
	88,8413
	
Para obter a massa da água é somente tirar a diferença entre a massa do picnômetro com água e a massa do picnômetro vazio:
Massa da água = = 52,6519 g de H2O
Partindo da massa da água e da densidade de 0,9973 da água naquela temperatura de 24° C foi possível obter o volume do picnômetro.
= 
Volume do Picnômetro é 
3.3.2 Densidade da amostra sólida
O objetivo foi calcular a densidade do sólido a partir do picnômetro, para calcular a densidade do sólido, necessita-se da massa do sólido e volume da mesma, esses dados foram obtidos da seguinte maneira:
Pesou-se três vezes para uma maior precisão e tirou-se a média das massas do picnômetro vazio, valores das massas seguem em seguida: 
M1: 36,1681; M2: 36,1681; M3: 36,1676 gramas
Média= 
Pesou-se também em triplicata e tirou-se a média das massas do picnômetro com a amostra sólida, valores da massas a seguir:
 M1: 37,4175; M2: 37,4172; M3: 37,4182 gramas
 Média= 
Para obter a massa da amostra basta fazer a diferença entre a massa do picnômetro cheio e a massa do picnômetro vazio:
 Massa da amostra = 36,1679 g = 1,2497 gramas.
Encontrada a massa da amostra sólida, em seguida pesa-se (3 vezes) e tira-se a média das massas para uma maior precisão do picnômetro com amostra sólida mais água:
M1: 89,9631; M2: 89,9284; M3: 89,9385 gramas
 Média= 
Obteu-se a massa da água pela diferença entre a média das massas do picnômetro + amostra + água e massa do picnômetro com amostra sólida, equacionando da seguinte maneira:
Massa da água =
A partir da massa de água é possível obter o volume de água para posteriormente obter o volume da amostra, solucionando da seguinte forma:
 
O volume da amostra é obtido através da diferença entre o volume do picnômetro e o volume da água.
V amostra= 
A partir do volume e massa da amostra sólida é possível calcular a densidade do sólido:
 = 9,8790 g/cm3 
Analisando a tabela de densidade dos metais, notou-se que a amostra sólida trata-se cobre.
Densidade de Solução
O objetivo foi calcular a densidade de concentrações de soluções a partir de NaCl (5%, 10%, 15%, 25%).
3.4.1 Calibração do picnômetro 
 Calibrou-se o picnômetro com o uso de acetona; pesou-se o picnômetro três vezes vazio e com água para garantir maior precisão e tirou a média das medidas. Os resultados obtidos das massas foram:
	
	
	MASSA 1
	MASSA 2
	MASSA 3
	Média
	VAZIO
	34,6519
	34,6502
	34,6497
	34,656 g
	CHEIO
	85,7496
	85,7492
	85,7496
	85,7494 g
Para obter a massa da amostra basta fazer a diferença entre a massa do picnômetro cheio e a massa do picnômetro vazio:
Massa da água= 85.7494 – 34.6506= 51.0988 g
A partir da massa de água é possível obter o volume de água para posteriormente obter o volume da amostra; a densidade dada foi 0,9973 g/cm³, solucionando da seguinte forma:
 = = 51.2371 cm³
3.4.1 Densidade da solução 5% (m/m) de NaCl:
Pesou-se o picnômetro três vezes vazio e com a solução de 5% de NaCl para garantir maior precisão e tirou a média das medidas. Os resultados obtidos das massas foram:
	
	MASSA 1
	MASSA 2
	MASSA 3
	MÉDIA
	VAZIO
	34,6268
	34,6255
	34,6248
	34,6257 g
	CHEIO
	87,5212
	87,5219
	87,5211
	87,5211 g
Para obter a massa da amostra basta fazer a diferença entre a massa do picnômetro cheio e a massa do picnômetro vazio:
 Massa da amostra = 87,5211-34,6257= 52,8954 g
Apoiado no volume e massa da amostra sólida é possível calcular a densidade do sólido:
 = 1,0323 g/cm3 
Densidade da solução 10% (m/m) de NaCl:
Pesou-se o picnômetro três vezes vazio e com a solução de 10% de NaCl para garantir maior precisão e tirou a média das medidas. Os resultados obtidos das massas foram:
	
	MASSA 1
	MASSA 2
	MASSA 3
	MÉDIA
	VAZIO
	34,6218
	34,6214
	34,6211
	 34,6214 g
	CHEIO
	89,2790
	89,2787
	89,2782
	89,2786 g
Para obter a massa da amostra basta fazer a diferença entre a massa do picnômetro cheio e a massa do picnômetro vazio:
 Massa da amostra = 89,286-34,6214= 54.6572 g
Apoiado no volume e massa da amostra sólida é possível calcular a densidade do sólido:
 = 1,0667 g/cm3 
Densidade da solução 15% (m/m) de NaCl:
Pesou-se o picnômetro três vezes vazio e com a solução de 10% de NaCl para garantir maior precisão e tirou a média das medidas. Os resultados obtidos das massas foram:
	
	MASSA 1
	MASSA 2
	MASSA 3
	MÉDIA
	VAZIO
	34,6237
	34,6237
	34,6232
	34,6238 g
	CHEIO
	90,8303
	90,8396
	90,8341
	90,8341 g
Para obter a massa da amostra basta fazer a diferença entre a massa do picnômetro cheio e a massa do picnômetro vazio:
 Massa da amostra = 90,8341-34,238= 52,8954 g
Apoiado no volume e massa da amostra sólida é possível calcular a densidade do sólido:
 = 1,0970 g/cm3
Densidade da solução 25% (m/m) de NaCl:
Pesou-se o picnômetro três vezes vazio e com a solução de 10% de NaCl para garantir maior precisão e tirou a média das medidas. Os resultados obtidos das massas foram:
	
	MASSA 1
	MASSA 2
	MASSA 3
	MÉDIA
	VAZIO
	34,6227
	34,6217
	34,6218
	34,6220 g
	CHEIO
	94,3436
	94,3433
	94,3433
	90,3434 g
Para obter a massa da amostra basta fazer a diferença entre a massa do picnômetro cheio e a massa do picnômetro vazio:
 Massa da amostra = 94,3434-34,6220= 59,7217 g
Apoiado no volume e massa da amostra sólida é possível calcular a densidade do sólido:
 = 1,1655 g/cm3
Por meio dos resultados das concentrações, é possível visualizar um gráfico, concluindo que quanto maior a concentração de NaCl maior será a densidade da solução.
CONCLUSÃO
De acordo com o experimento pode-se provar que é possível determinar a densidade de um material sólido usando um método relativamente simples e que pode até mesmo ser executado com material alternativo. Deste modo, para achar a densidade de um sólido é preciso apenas saber sua massa e seu volume, onde pesando o material se obtém sua massa em gramas e colocando-o em um recipiente com água no qual se saiba o volume, pode-se obter o seu volume em mililitros que são convertidos a centímetros cúbicos. Ao final se obtém a densidade do material. Foi também possível concluir que alguns métodos são mais eficazes que outros. Após os experimentos, pode-se ter uma ideia da importância da densidade dos materiais e suas aplicações na sociedade.
REFERÊNCIAS
http://aprovadonovestibular.com/densidade-e-concentração-comum-quimica.html
http://guiadoestudante.abril.com.br/estudar/química/resumo-de-quimica-densidade.html
http://www.estudopratico.com.br/densidade-de-substancias-e-como-calcular/
SALVAGNINI, Wilson. Densidade de líquidos (na prática). Apostila. EPUSP – UNIP. São Paulo