[FQ I] DENSIDADE RELATIVA DE LÍQUIDOS MÉTODO DO PICNÔMETRO

Prévia do material em texto

9
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE SANTA CRUZ
DEPARTAMENDO DE CIÊNCIA EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA QUÍMICA
DENSIDADE RELATIVA DE LÍQUIDOS: MÉTODO DO PICNÔMETRO
GABRIEL ABELHA CARRIJO GONÇALVES (201310343)
SÉRGIO LEONARDO BUTSKI SOARES SANTOS (201210657)
SIBELLI GRASSI (201411038)
ILHÉUS – BAHIA
2015
GABRIEL ABELHA CARRIJO GONÇALVES (201310343)
SÉRGIO LEONARDO BUTSKI SOARES SANTOS (201210657)
SIBELLI GRASSI (201411038)
DENSIDADE RELATIVA DE LÍQUIDOS: MÉTODO DO PICNÔMETRO
Relatório apresentado como parte dos critérios de avaliação da disciplina CET941 – FÍSICO-QUÍMICA I. Turma P06. Dia de execução do experimento: 04 de Março.
Professora: Miriam Sanae Tokumoto.
ILHÉUS – BAHIA
2015
RESUMO
	A densidade é uma propriedade física intensiva, ou seja, independe da quantidade de matéria. Ela pode ser determinada de modo trivial pelo quociente da massa da substância que se está sendo analisada pelo volume que essa massa está ocupando. Determinou-se experimente a densidade de uma substância líquida (álcool n-Propanol) e posteriormente, a densidade de uma substância sólida (cobre) empregando a técnica do picnômetro. Comparando os resultados experimentais com os valores teóricos calculou-se o erro relativo. O melhor resultado, em que a técnica da picnometria mostrou-se extremamente precisa e exata, foi na determinação da densidade de líquidos (erro relativo de 0,20% do valor teórico), enquanto na determinação da densidade de sólidos não se mostrou tão eficiente (erro relativo aproximadamente igual 5%). Tal discrepância pode ser atribuída à superfície irregular encontrada nos sólidos que acabam por favorecer no surgimento de bolhas de ar, mascarando, assim, os resultados reais.
INTRODUÇÃO
	Podem-se analisar as propriedades dos materiais do ponto de vista referente a dois grandes grupos: propriedades químicas, que envolvem a transformação da matéria proveniente de reações químicas e as propriedades físicas, que não envolvem mudança alguma na composição química na substância, podendo ser ainda dividida em propriedades físicas extensivas (dependendo da quantidade de matéria) e intensivas (independendo da quantidade de matéria). [1]
	Desta forma, a densidade dos materiais está relacionada ao quociente de duas propriedades extensivas da matéria, a massa (m) e o volume (V), caracterizando, assim, a densidade como uma propriedade física intensiva. De grosso modo, a densidade é a medida da quantidade de algo (massa) que está presente dentro de um espaço cuidadosamente delimitado (volume). [2] 
	De Paoli et. al, afirma que a compreensão da densidade está além da noção de massa e volume, mas outros setores devem ser igualmente contemplados no estudo desta propriedade, tais como compressão e empacotamento atômico. [1] 
	Portanto, a densidade absoluta de uma substância pode ser calculada trivialmente empregando a seguinte equação:
onde é a densidade da substância que se deseja saber, é a massa dessa substância e é o volume em que uma determinada quantidade de massa está presente.
	A densidade relativa também é uma propriedade física intensiva e é utilizada para que se possam identificar substâncias, sendo então calculada da seguinte forma:
onde é a densidade de uma substância conhecida, geralmente a água é considerada tal padrão por conta da conveniência de sua densidade ser aproximadamente 1 g/cm³ a 25 ºC.
	O objetivo geral do experimento é determinar uma técnica para medir a densidade de líquidos e sólidos com o emprego do picnômetro. Tal equipamento trata-se de uma vidraria com baixo coeficiente de dilatação que utiliza a água como padrão para que se seja efetuada a sua devida calibração antes da determinação da densidade de outras substâncias. Por ser bastante sensível, o manuseio do equipamento deve ser realizado com cautela para evitar alterações significativas no resultado final. [3] 
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
	Para o manuseio do picnômetro, alguns cuidados devem ser observados:
Não se deve tocar no equipamento com os dedos sem nenhuma proteção, devemos nos proteger com luvas ou com papel absorvente; 
No momento de preencher o equipamento com o líquido para que seja determinada a densidade do mesmo, é imprescindível que não se forme bolhas na parede em seu interior, para que isto não ocorra, deve-se colocar o líquido de forma a ter a mínima perturbação possível, evitando turbulência;
Por conta de contaminantes que podem interferir na boa execução do experimento, deve-se lavar muito bem o equipamento quando for empregá-lo na mensura da propriedade de outras substâncias, sendo recomendável que a última lavagem seja, sempre que possível, com o líquido da pesagem seguinte;
Para que seja eliminado o maior número de erros que possam interferir em um bom resultado, deve-se secar externamente o picnômetro com papel absorvente, bem como determinar e manter a temperatura de trabalho com o equipamento.
	Para a melhor compreensão do experimento realizado, o procedimento experimental foi dividido em três partes:
Parte A – Calibração do Volume do Picnômetro
	Com o intuito de saber o volume do picnômetro utilizado, realizou-se a calibração do mesmo. Tal procedimento consiste em pesar o equipamento vazio na balança analítica por três vezes para que seja possível determinar uma incerteza para a medida, tomando nota dos valores obtidos. Após preencher o picnômetro com água destilada até que parte do líquido transborde da abertura do equipamento, escorrendo pelo capilar, deixando-o imerso em água por 10 minutos a 24 °C, pesando logo após o tempo de estabilização da temperatura, lembrando de enxugar a parte externa com papel absorvente; repetindo este procedimento por mais duas vezes.
Parte B – Medidas da Densidade de Líquidos
	Como se desejava determinar a densidade do álcool n-propanol, o interior do picnômetro foi lavado por três vezes com tal líquido para que os resíduos de água sejam retirados, não interferindo nos resultados obtidos. Após preencher o picnômetro com o álcool mencionado até que parte do líquido transborde da abertura do equipamento, escorrendo pelo capilar, deixando-o imerso em água por 10 minutos a 24 °C, pesando logo após o tempo de estabilização da temperatura, lembrando de enxugar a parte externa com papel absorvente; repetindo este procedimento por mais uma vez. Tomando nota dos valores obtidos.
Parte C – Medidas de Densidade de Sólidos
	Após a lavagem do interior do picnômetro por três vezes com água destilada (para que resquício do líquido anterior não interfira no resultado), deu-se início ao procedimento para a determinação da densidade de um pedaço de cobre. Secando o interior, colocou-se um pedaço de cobre para que dê prosseguimento à análise. Pesou-se o picnômetro apenas com o pedaço de cobre por duas vezes, tomando nota dos valores encontrados. Só então se preencheu o equipamento com água destilada até que parte do líquido transborde da abertura do equipamento, escorrendo pelo capilar. De igual forma, deixou-se o aparelho imerso em água por 10 minutos a 24 °C, pesando logo após o tempo de estabilização da temperatura, lembrando de enxugar a parte externa com papel absorvente; repetindo este procedimento por mais uma vez. Tomando nota dos valores obtidos.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Parte A – Calibração do Volume do Picnômetro
	Os dados obtidos estão dispostos na tabela a seguir:
Tabela 1 – Relação dos dados obtidos experimentalmente para a determinação do volume do picnômetro.
	
	Massa Picnômetro Vazio (g)
	Massa Picnômetro + H2O (g)
	I
	34,0962
	83,5216
	II
	34,0963
	83,5696
	III
	34,0962
	83,5422
	Média
	34,0962
	83,5445
	Desta forma, subtraindo a massa do picnômetro com água pela massa do picnômetro vazio é possível extrair um valor para a massa da água no interior do equipamento, sendo esta igual a:
	Assumindo que a densidadeda água a 24 °C é igual a 0,9973 g.cm-3 (como exposto no roteiro), podemos determinar o volume máximo do equipamento empregando a equação 01, assumindo que o volume é igual ao quociente da massa pela densidade. Assim:
Parte B – Medidas da Densidade de Líquidos
	Os dados obtidos estão dispostos na tabela a seguir:
Tabela 2 – Relação dos dados obtidos experimentalmente para a determinação da densidade do álcool.
	
	Massa Picnômetro Vazio (g)
	Massa Picnômetro + Álcool (g)
	I
	34,0962
	74,0414
	II
	34,0963
	74,0401
	III
	34,0962
	-
	Média
	34,0962
	74,0408
	Desta forma, subtraindo a massa do picnômetro com álcool pela massa do picnômetro vazio é possível extrair um valor para a massa do álcool no interior do equipamento, sendo esta igual a:
	Sabendo que o volume que o álcool ocupa é igual ao volume do picnômetro, podemos empregar a equação 01, determinando, assim, a densidade do álcool em questão a 24°C:
Parte C – Medidas de Densidade de Sólidos
	Os dados obtidos estão na tabela a seguir:
Tabela 3 – Relação dos dados obtidos experimentalmente para determinação da densidade do sólido.
	
	Massa Picnômetro Vazio (g)
	Massa Picnômetro + Cu (g)
	Massa Picnômetro + Cu + H2O (g)
	I
	34,0962
	34,7760
	84,1713
	II
	34,0963
	34,7714
	84,1283
	III
	34,0962
	-
	-
	Média
	34,0962
	34,7737
	84,1498
	Para poder determinar a densidade do pedaço de cobre, preciso determinar o volume que ele ocupa dentro do picnômetro. Consegue-se tal informação subtraindo o volume que a água está ocupando pelo volume total do picnômetro. 
	
	Assumindo que a densidade da água a 24 °C é igual a 0,9973 g.cm-3 (como exposto no roteiro), podemos determinar o volume ocupado pela água empregando a equação 01, assumindo que o volume é igual ao quociente da massa pela densidade. Assim:
	O volume ocupado pelo pedaço de cobre é igual a:
	Por outro lado, subtraindo a massa do picnômetro com o pedaço de cobre pela massa do picnômetro vazio é possível extrair um valor para a massa do pedaço de cobre no interior do equipamento, sendo esta igual a:
	Já sabendo o volume e a massa do pedaço de cobre é possível determinar a densidade do mesmo empregando a equação 01:
Discussão
	Os valores encontrados para a densidade das substâncias foram coerentes. Assumindo que para os valores teóricos da densidade destas substâncias disponibilizados pela UNESP e pela Faculdade Oswaldo Cruz, o erro relativo pode indicar quão bom foi o valor encontrado experimentalmente do valor tido como padrão.
	Para o álcool utilizado, o valor teórico conhecido é de:
	O erro relativo pode ser calculado da seguinte forma:
 
	Portanto:
	Para o álcool utilizado, o valor teórico conhecido é de:
	
	Aplicando a mesma equação para o cálculo do Erro Relativo, temos que:
	Os resultados para a densidade mostraram-se coerentes quando comparados com o valor teórico, observar figura 1.
Figura 1 – Comparação da densidade teórica e experimental das substâncias analisadas
	Para o álcool n-propanol o desvio foi muito baixo (0,20%). Tal valor próximo ao teórico se obteve pela meticulosidade com que o experimento foi realizado, atentando a todas as recomendações sobre não tocar sem luvas no aparelho, bem como enxugar o exterior do picnômetro após a homogeneização da temperatura (imerso em água) por 10 minutos.
	Contudo, apesar do esmero na realização da terceira parte do experimento, a densidade do pedaço de cobre apresentou um desvio relativamente alto em comparação ao valor teórico conhecido, praticamente 5%.
	Um importante fator que deve ser levado em consideração, que não está presente durante a determinação da densidade do álcool n-propanol, é o fato do pedaço de cobre não apresentar as suas arestas devidamente polidas, sendo bastante irregulares. Tais locais favorecem ao acúmulo de bolhas de ar em volta do material mesmo com a deposição do líquido vagarosamente dentro do equipamento.
	Outro fator é a dificuldade em se secar completamente o interior do picnômetro após o uso e para a devida repetição. Bem como o número de repetições não é suficiente para que forneça um resultado com uma abordagem estatística e probabilística com elevada qualidade, por conta do tempo estabelecido para a execução dos experimentos. Tais fatores acabam por contribuir em a inexatidão do resultado.
CONCLUSÃO
	A determinação da densidade utilizando o picnômetro foi bastante precisa e relativamente exata. Tal exatidão aumenta ainda mais quando a substância a que se está aferindo a densidade trata-se de um líquido. Há várias implicações necessárias para que o valor obtido para um sólido seja ainda mais refinado, tal como o polimento superficial e das arestas do mesmo.
	Os dados obtidos para medida de densidade de líquidos foram recolhidos através do experimento com o n-propanol. Com os cálculos chegou-se a densidade do álcool de ρ = 0,806 g/cm3 , relativamente próximo ao valor estipulado pela UNESP e Faculdade Oswaldo Cruz de ρ = 0,804 g/cm3, com um erro relativo de 0,20%, assim como esperado ao final do experimento.
	Somando-se à densidade dos líquidos foram recolhidos dados para a medição da densidade de sólidos, especificamente usou-se o cobre para o experimento	. Através dos cálculos se chegou a uma densidade do cobre de ρ=9,37 g/cm3, sendo incoerente com o esperado pela fonte, ao qual, seria de ρ=8,93 g/cm3, em comparação se teve um erro relativo de 4,89%, aproximadamente 5%, ou seja, um erro não esperado em comparação ao experimento de densidade dos líquidos.
	Tal discrepância observada nos erros relativos a cada parte desenvolvida no experimento indica a necessidade de se empregar técnicas mais eficazes na determinação da densidade de sólidos com o picnômetro para que um valor mais exato seja, assim, alcançado com credibilidade e confiança. 
	O polimento superficial e das arestas dos sólidos, como já mencionado anteriormente, revela-se um importante fator a ser considerado. O fato do pedaço de cobre não está devidamente polido, sendo bastante irregular por conta de imperfeições micro e macroscópicas, possibilitando, assim, a aderência de bolhas de ar, mesmo com a inserção vagarosa de líquido no picnômetro.
	Outro fator que influenciou no experimento foi a dificuldade de se enxugar totalmente o equipamento em sua parte interior após uso para a repetição. Juntamente a esses problemas ocorridos soma-se a quantidade de repetições do experimento que não são suficientes para que se obtenha um resultado com qualidade, por conta do período a ser realizado o experimento, influenciando na inexatidão dos valores obtidos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] M. DE PAOLI, J. CÉSAR, J. C. DE ANDRADE. A determinação da densidade de sólidos e líquidos. Chemkeys. Julho de 2004.
[2] Significados. Significado de Densidade. Disponível em: < http://goo.gl/zF3cMz > Acesso em: 14/03/2015
[3] Professora Jana. Densidade ou Massa Específica. Disponível em: <http://goo.gl/1QHiCo>. Acesso em: 21/03/2015
[4] Banco de Dados da UNESP. Densidade do Cobre. Disponível em: <http://goo.gl/C5uypN>. Acesso em: 15/03/2015
[5] Banco de Dados da Faculdade Oswaldo Cruz. Densidade do n-Propanol. Disponível em: < http://goo.gl/qEtsGu >. Acesso: 15/03/2015
[6] Roteiro de Físico-Química I. Experimento 2 – Densidade Relativa de Líquidos: Método do Picnômetro.