Corpo do Relatório 01 - Densidade de Sólidos

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Experimento 01: Determinação da Densidade de Sólidos 
Autores: Iranilza Costa da Silva, Gutemberg Matos Bezerra Filho, Samir Montenegro Medeiros e Vandré Vitorino Alves
Unidade Acadêmica de Engenharia Civil, Centro de Tecnologia e Recursos Naturais, Universidade Federal de Campina Grande, Bodocongó, 58.109-970, Campina Grande-PB
Resumo: 
A densidade é uma propriedade da matéria, definida pela relação entre massa e volume. Sejam, amostras sólidas, líquidas ou gasosas a densidade é determinada medindo a massa e o volume da forma mais precisa possível. Neste experimento pretende-se, verificar a composição de três amostras sólidas diferentes, pesando-as e determinando seu volume através do Princípio de Arquimedes. Foram encontrados valores de densidade aproximados para chumbo, alumínio e latão, com erro experimental abaixo dos 5%. Erro este devido a falha na aferição do volume ou impureza nas amostras. O experimento se demonstrou simples, didático e preciso.
Palavras Chave: Densidade de Sólidos, Princípio de Arquimedes.
INTRODUÇÃO
As substâncias possuem propriedades intensivas e extensivas. As propriedades extensivas dependem da quantidade da amostra, já as propriedades intensivas são independentes da sua quantidade. A densidade é uma propriedade intensiva, obtida pela razão entre duas propriedades extensivas massa e volume (Janaína, Marco-Aurélio e João, 2004), e é definida matematicamente pela Fórmula 1:
[1]
A densidade pode ser útil para identificarmos a substância de uma amostra, ou mesmo para determinarmos se esta substância é pura (Ebbing e Gammon, 2008). Podemos verificar a densidade de uma amostra, pesando-a com a maior precisão e exatidão possível, e aferindo seu volume em seguida. No caso de amostras de sólidos, podemos determinar o seu volume utilizando o Princípio de Arquimedes: colocando a amostra em um instrumento volumétrico parcialmente cheio de algum líquido (no qual a amostra não flutue) e pelo deslocamento deste líquido podemos deduzir o volume da amostra. De posse dos valores aferidos iremos avaliar e discutir os resultados obtidos, observando possíveis divergências entre as densidades medidas e os valores teóricos conforme Fórmula 2. 
[2] 
Objetivos
Objetivos Gerais
Calcular a densidade de três amostras fornecidas. 
Objetivos Específicos
Verificar se as densidades calculadas estão de acordo com os valores definidos na bibliografia para as substancias informadas.
Definir motivos para eventuais divergências.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Reagentes e Materiais
Balança Semianalítica Analógica, marca Marte, de carga máxima 211 g e precisão de 0,01g.
Balança Semianalítica Digital, marca Weighing Balance, com capacidade máxima de 1500 g e precisão de 0,1g
Balança Analítica, marca Quimis, modelo Q-500L210C, com 210g de capacidade máxima e precisão de 0,1mg.
Um Béquer de 50,0 mL.
Uma Proveta de 10,0 mL.
Uma Pisseta.
Água destilada.
Uma Pipeta de Pasteur.
Amostras:
Chumbo.
Alumínio.
Latão.
Procedimentos
Determinação das massas
Os três metais foram separados em pares de mesmo material, isto é, duas amostras de Chumbo, duas de Alumínio, e duas de Latão, doravante denominadas apenas pelo nome da respectiva substância. A pesagem se deu em três tipos de balanças diferentes, duas balanças semianalíticas (sendo uma analógica e outra digital) e uma balança analítica. 
Após verificada a calibração da balança semianalítica analógica (Balança 1) iniciou-se a pesagem nesta. O Chumbo foi a primeira amostra a ser pesada, seguida pelas amostras de Alumínio e Latão.
Posteriormente, para a segunda pesagem, foi utilizada uma balança semianalítica digital (Balança 2). 
Por fim, utilizou-se uma balança analítica (Balança 3).
Determinação dos volumes
Com o auxílio de uma pisseta, colocou-se água destilada em uma proveta, numa quantidade visivelmente mais alta que as amostras. Em seguida, com a proveta reta e na altura dos olhos, leu-se o volume que era indicado no menisco. Inclinando-se a proveta num ângulo de 30º, a fim de que não houvesse danos ao material usado e nem perda de água, as amostras foram introduzidas ficando totalmente submersas no líquido. Aferiu-se então o volume novamente. 
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Para aferição das densidades das amostras, foi considerado a média das três pesagens conforme tabelas e cálculos a seguir. Apesar dos valores terem apresentado variação, para efeito deste relatório todas as medições foram consideradas.
Tabela 1: Massas obtidas na pesagem das três balanças.
	
	Chumbo
	Alumínio
	Latão
	Massa Balança 1 (gramas)
	9,87 g
	5,02 g
	14,75 g
	Massa Balança 2 (gramas)
	9,8 g
	5,0 g
	14,8 g
	Massa Balança 3 (gramas)
	9,8453 g
	5,0198 g
	14,7415 g
 (Fonte: Elaborada pelos autores)	
Médias Aritméticas () das massas dos metais medidos nas três balanças:
Média Aritmética (): 
 (Chumbo) 
 (Alumínio) .
 (Latão).
De posse destas médias, dos valores dos volumes deslocados registrados na Tabela 2 e utilizando a Fórmula 1, chegamos aos valores de densidade para cada uma das amostras conforme Tabela 3. 
Tabela 2: Volumes registrados antes e depois da imersão das amostras.
	
	Chumbo
	Alumínio
	Latão
	Volume Inicial (mililitros)
	6,1 ml
	7,1 ml
	7,2 ml
	Volume Final (mililitros)
	7,0 ml
	9,0 ml
	8,9 ml
(Fonte: Elaborada pelos autores)
Tabela 3: Massa Médias, Volume deslocado e Densidade experimental.
	
	CHUMBO
	ALUMÍNIO
	LATÃO
	Massa (g)
	9,8384 g
	5,0132 g
	14,7638 g
	Volume Deslocado (mL)
	0,9 mL
	1,9 mL
	1,7 mL
	Densidade Medida (g/mL)
	10,9315 g/mL
	2,6385 g/mL
	8,6845 g/mL
(Fonte: Elaborada pelos autores)
	
Comparando as Densidades Medidas para cada amostra os valores teóricos de densidade para cada substância. E aplicando a Fórmula 2 conseguimos mensurar o Erro Relativo do experimento. A Tabela 4 apresenta estas informações.
Tabela 4: Relação densidade tabelada e densidade medida e erro relativo.
	
	CHUMBO
	ALUMÍNIO
	LATÃO
	Densidade Teórico (g/mL)
	11,3400 g/mL
	2,7000 g/mL
	8,4000 g/mL
	Densidade Medida (g/mL)
	10,9315 g/mL
	2,6385 g/mL
	8,6845 g/mL
	Erro Relativo (%)
	3,60 %
	2,27 %
	3,38 %
(Fonte: Elaborada pelos autores)
	
Apesar dos valores obtidos terem apresentado apenas pequenas diferenças com os valores teóricos, menores que 3,60%, 2,27% e 3,38%. Não podemos afirmar com 100% de certeza, apenas com este experimento, que as amostras em questão são formadas pelas substancias informadas.
	Alguns elementos que podem ter contribuído para este erro são: falhas de procedimento na aferição do volume das amostras (bolhas nas provetas antes ou depois de colocados as amostras, erro humano na observação do menisco); variação de humidade ambiente nas amostras durante as pesagens; falta de eficiência na calibragem e no manuseio das balanças, principalmente as semianalíticas.
	A repetição de todos os procedimentos, o manuseio das amostras com equipamento adequado (pinça) a fim de diminuir a contaminação por humidade das mãos e a utilização apenas de balanças analíticas (se possível mais de uma), são algumas das formas de minimizar os erros citados.
	Supondo, porém, que os erros já mencionados ou outros possíveis, não prejudicaram os resultados, poderíamos justificar as divergências nas densidades afirmando que as amostras fornecidas não são formadas pelas substâncias informadas, ou mais provável ainda, que não se encontram totalmente puras nas amostras. Teríamos, portanto, ligas metálicas e não chumbo e alumínio puros.
	Neste ponto é importante destacarmos a questão do latão: por não se tratar de um elemento puro, mas sim de uma mistura de cobre e zinco, podendo ainda apresentar outros elementos na liga, sua densidade varia mediante a proporção destes elementos. Assumindo que a amostra se trata com certeza de latão, que o valor aferido para densidade esteja correto e que a liga do mesmo contém exclusivamente cobre e zinco, poderíamos mensurar a proporção dos dois elementos na liga¹. A Tabela5 apresenta o resultado do cálculo.
Tabela 5: Proporção de cobre e zinco na liga de latão da amostra.
	
	Latão
	Cobre
	Zinco
	Densidade (g/mL)
	8,6845 g/mL
	8,9 g/mL
	7,14 g/mL
	Proporção (%)
	100 %
	87,75 %
	12,25%
(Fonte: Elaborada pelos autores)
CONCLUSÃO 
Posteriormente a determinação das densidades das três amostras, encontramos os seguintes valores para cada uma: Chumbo 10,9315 g/mL, Alumínio 2,6385g/mL e Latão 8,6845 g/mL. Encontramos, portanto, um erro relativo entre 2,27% e 3,60%. Este erro é relativamente baixo, contudo ocorreu possivelmente por falha nos procedimentos dos alunos, equívoco na pesagem e bolhas na proveta. Poderíamos ainda justificar as divergências supondo que as amostras (chumbo e alumínio) não são puras, ou mesmo no caso da amostra de latão apresenta uma proporção considerável de cobre na liga.
Por fim, o procedimento de aferição da densidade de sólidos utilizado, juntamente com a medição de seus volumes pelo deslocamento de líquido, se demonstrou bastante simples, didático e preciso.
¹ O cálculo efetuado é a resolução do sistema formado pelas equações %Cobre + %Zinco = 100% e (%Cobre x 8,9) + (%Zinco x 7,14) = 8,6845
REFERÊNCIAS
ATKINS, Peter; JONES, Loretta. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2012.
CÉSAR, Janaína; PAOLI, Marco-Aurélio de; ANDRADE, João Carlos de. A Determinação da Densidade de Sólidos e Líquidos. 2004. 8 f. Artigo. Campinas: Instituto de Química – Universidade Estadual de Campinas, 2004. Disponível em: http://chemkeys.com/br/2004/07/17/a-determinacao-da-densidade-de-solidos-e-liquidos/. Acessado em 14/11/2017.
EBBING, Darrell D.; GAMMON, Steven D. General Chemistry. 8. ed. Boston: Houghton Mifflin Company, 2008.
FEITOSA, Patrícia Hermínio Cunha. Guia de Laboratório. 2. ed. Campina Grande: Universidade Federal de Campina Grande, 2017. Apostila.