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Universidade Estadual da Paraíba - UEPB Centro de Ciências Biológicas e da Saúde - CCBS Departamento de Farmácia Curso: Farmácia Turno: Manhã Aluno(a): Dayverson Luan de Araújo Guimarães Mat.:162130066 EXPERIMENTO 01- DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE DE LÍQUIDOS POR PICNOMETRIA E DENSIMETRIA Atividade apresentada como exigência de avaliação da disciplina Físico-química experimental ministrado no semestre 2017.2 pela professora Dra. Dauci Pinheiro Rodrigues. Campina Grande - PB Fevereiro- 2018 Universidade Estadual da Paraíba- UEPB Centro de Ciências Biológicas e da Saúde- CCBS Departamento de Farmácia Turma: Quarta-Feira (11:00 hrs) Laboratório : Físico-Química Experimental Professor (a): Dra. Dauci Pinheiros Rodrigues Aluno (a): Dayverson Luan de Araújo Guimarães Curso: Farmácia Matrícula: 162130066 Título e Número referente: Experimento 01- Determinação da densidade de Líquidos por Picnometria e Densimetria Data do Experimento: 28 de Fevereiro de 2018 Recebimento em:-_____________ Por Professor (a): _________________ CORREÇÃO Preparação: _____________ Relatório: _______________ Nota Global: _____________ Rubricada por Professor(a): ___________________ Campina Grande-PB Fevereiro de 2018 1. Introdução As propriedades dos materiais são agrupadas em químicas e físicas, e o seu estado pode ser agrupado em sólido, líquido e gasoso. Uma das propriedades é a Densidade (d), esta por sua vez é uma propriedade intensiva logo não depende da quantidade de matéria. Sabe-se que cada substância pura possui uma densidade própria, que a identifica e a diferencia de outras substâncias. A propriedade física densidade tem grande importância para distinguir um material puro de um impuro, é bastante utilizado na identificação e no controle de um determinado produto ou substância, como por exemplo: a determinação de purezas dos combustíveis. Na indústria de alimentos, é comum a utilização da densidade e da concentração de soluções e de suspensões como parâmetros de controle de processos. A densidade de um líquido pode ser determinada medindo a sua massa e determinando o seu volume. Porém qualquer alteração, mesmo sendo relativamente pequena na temperatura pode afetar consideravelmente o valor da densidade do líquido em análise. Pode-se dizer então que a densidade depende do tipo de substância , mas é em geral influenciada pela temperatura e pela pressão. A densidade pode ser absoluta, que é expressa pela relação entre a massa (m) e o volume (v) de determinado material; ou relativa, que é dada pela relação entre a densidade da amostra em questão () e a densidade da substância de referência (), que é, geralmente, a água. Para calcularmos a Densidade absoluta, utiliza-se a seguinte fórmula; Para o cálculo da Densidade relativa, usamos então; É importante determinar a massa específica de uma substância para verificar o seu grau de pureza, pois se a densidade não coincidir com a descrita, significa dizer que aquele material possui algum grau de impureza, já que a massa específica, como o próprio nome sugere é específica para cada substância. Para desenvolver o experimento, utilizou-se dois métodos, foram eles; O picnômetro é uma vidraria usada na picnometria, o qual consiste num pequeno frasco de vidro construído cuidadosamente de forma que o seu volume seja invariável. Possui uma abertura suficientemente larga e tampa muito bem esmerilhada, com um orifício longitudinal, tem baixo coeficiente de dilatação. A picnometria é utilizada para fazer a determinação da massa específica e da densidade de líquidos e sólidos, sendo este último necessário dissolver. Existem dois tipos de picnômetros: de sólido e de líquidos. E o Densímetro que é um instrumento utilizado na medição da densidade relativa de um líquido. Baseia-se no princípio de Arquimedes que permite determinar a impulsão sobre um corpo mergulhado num fluido em repouso, e que é uma força vertical, para cima, cuja intensidade corresponde ao peso do fluido deslocado pelo corpo. 2. Objetivo do Experimento Calcular a densidade das soluções etanólicas e da sacarose nas diferentes concentrações, e ainda suas variações, utilizando os métodos do picnômetro e do densímetro. 3. Materiais e Métodos 3.1 Materiais e Substâncias Água de torneira; Picnômetro de 25 mL; Densímetro; Termômetro Água destilada; Proveta de 1000 mL; Soluções de sacarose; Balança analítica; Becker de 100 mL; Soluções etanólicas; 3.2 Procedimento Experimental DENSÍMETRO Adicionou-se a água de torneira, em uma proveta de diâmetro maior que o do bulbo do densímetro. Em seguida, a temperatura do liquido em análise foi medida. Então, mergulhou-se o densímetro na água de torneira. Quando o mesmo atingiu o equilíbrio, foi feita a leitura de sua escala. O memo procedimento foi repetido com a água destilada. PICNÔMETRO Inicialmente, mediu-se a temperatura ambiente, que marcou 26ºC, em seguida, pesou-se de forma precisa o picnômetro, após lavá-lo e secá-lo. Seguindo o experimento, encheu-se o picnômetro com água destilada para que o aparelho fosse secado e pesado com precisão novamente. O procedimento de lavagem e secagem foi repetido para cada solução etanólica e de sacarose, nas diferentes concentrações. A temperatura ambiente foi medida mais uma vez, marcando desta vez 28ºC. Analisou-se a água destilada e a água de torneira, e os resultados obtidos foram: Temperatura (ºC) Densidade (g/mL) Água destilada com impurezas 28 0,97 Água da torneira 26 0,97 Os resultados obtidos mostraram que a água destilada continha impurezas, pois sua densidade deveria ser menor do que a da água de torneira, devido ao procedimento de destilação pela qual a mesma foi submetida. PICNÔMETRO Temperatura inicial: 26º C. Temperatura final: 28ºC. Temperatura média: 27ºC. Soluções etanólicas Valores obtidos através do picnômetro para as soluções etanólicas. Pic. Concentração do álcool (%) Vazio (g) Cheio de água (g) Cheio de solução (g) Massa de água (g) Volume (mL) Massa da solução (g) Densidade absoluta (g/cm3) Densidade relativa P1 20 30,3649 85, 7113 84,7968 55,3464 55,5401 54, 4319 0,98 0,9834 P2 40 30, 6197 81, 8015 80, 1288 51, 1818 51, 3609 49, 5091 0,9639 0,9673 P3 60 20, 0412 53, 2160 51, 4990 33,1748 33,2909 31,4578 0,9449 0,9673 P4 70 17,8622 53,0817 50,8673 35, 2195 35,3427 33,0051 0,9338 0,9371 P5 80 39,9418 92, 4003 88,5755 52, 4585 52, 6421 48,6337 0,9238 0,9270 P6 PA - 99,5 30,5740 81, 5714 76,4133 50,9974 51, 1759 45,8393 0,8957 0,8988 Soluções de sacarose Valores obtidos através do picnômetro para as soluções de sacarose Pic. Conc. (%) sacarose Vazio (g) Cheio de água (g) Cheio de Solução (g) Massa de água (g) Volume (mL) Massa da solução (g) Densidade absoluta (g/cm3) Densidade relativa P1 10 31,3063 80,9500 82,8514 49,6437 49,8174 51,5451 1,0346 1,0382 P2 20 32,6562 82,8906 86,7175 50,2344 50,4102 54,0613 1,0724 1,0761 P3 30 23, 3397 76, 9248 83,1009 53,6951 53, 8830 59, 8712 1, 1111 1, 1149 P4 40 21, 4460 32, 0611 33, 8021 10, 6151 10, 6522 12,3561 1, 1599 1,1639 4.1 Aplicações dos Resultados Experimentais 4.1.1 Explique por que o clorofórmio é mais denso do que o diclorometano. A densidade de uma substância é influenciada pelo peso molar. O clorofórmio (CHCl3) é mais denso que o diclorometano (CH2Cl2) porque possui massa molecular maior, 119,35 g/mol, já que possui um cloro a mais, enquanto o diclorometano tem massa molecular igual a 84,9 g/mol. 4.1.2 O que diz a teoria; quem é mais preciso, o método do picnômetro ou o do densímetro? O experimento realizado confirma? Explique. Na teoria, o picnômetro é mais preciso que o densímetro, por utilizar valores analíticos, porém isso não pode ser confirmado através de experimento,pois o densímetro encontrado no laboratório possui escala incompatível com a escala das densidades das soluções a serem analisadas. 4.1.3 Quais as utilidades de determinar a massa específica das soluções que você usou com o método do picnômetro e depois determinar a densidade relativa destas soluções? Com a determinação da massa específica, é possível analisar e identificar substâncias, além de determinar se a substância é ou não pura. A massa específica tem uma grande importância na indústria, para controle de qualidade de produtos. 4.1.4 Calcular a massa específica das soluções que você usou com o método do picnômetro e depois determinar a densidade relativa destas soluções. Massa específica -> Solução etanólica P1 – 20% => = 0,9800 g/cm3 P2– 40% => = 0,9639 g/cm3 P3 – 60%=> = 0,9449 g/cm3 P4 – 70% => = 0,9338 g/cm3 P5 – 80% => 0,9238 g/cm3 P6 – 99,5% => = 0,8957 g/cm3 Solução de sacarose P1 – 10% => = 1,0346 g/cm3 P2 – 20% => = 1,0724 g/cm3 P3 – 30% => = 1,1111 g/cm3 P4 – 40% => = 1, 1599 g/cm3 Densidade relativa => Solução etanólica P1 – 20% => = 0,9834 P2 – 40% => = 0,9673 P3 – 60% => = 0,9482 P4 – 70% => = 0,9371 P5 – 80% => = 0,9238 P6 – 99,5% => = 0,8988 Soluções de sacarose P1 – 10% => = 1,0382 P2- 20% => = 1,0761 P3 – 30% => = 1,1149 P4 – 40% => = 1,1639 4.1.5 Construir um gráfico que contenha as densidades na ordenada e as concentrações na abscissa para os dois métodos empregados. 4.1.6 Compare as massas específicas (densidade absoluta) do álcool etílico nas concentrações conhecidas, com as que você encontrará na bibliografia. a) Pelo método do picnômetro b) Pelo método do densímetro A) Através do método do picnômetro, utilizando a fórmula , foram encontrados os valores descritos no item 4.1.4. No entanto, para comparar tais valores aos encontrados na bibliografia, é necessário calcular o percentual de erro do experimento, através da fórmula: Os valores tomados como referência são tabelados, para a densidade absoluta na temperatura de 27º C. Álcool a 20% Erro% = Álcool a 40% Erro% = 3,65% Álcool a 60% Erro% = 6,57% Álcool a 70% Erro% = 8,32% Álcool a 80% Erro% = 10,33% Álcool a 99,5% Erro% = 13,37% Considerações Finais Neste experimento, foi possível calcular, através do método do densímetro, a densidade da água de torneira a 26ºC, que resultou em 0,97 g/cm3. A densidade da água destilada foi igual a da água de torneira, portanto, constatou-se que a água destilada continha impurezas, visto que a densidade da água de torneira deve ser maior, pois esta possui maior massa. Por meio do método do picnômetro, foi possível verificar as densidades das soluções etanólicas e de sacarose nas diferentes concentrações. Além disso, pode-se verificar o percentual de erro para os experimentos da solução etanólica. Através desse percentual, pode-se perceber que o experimento com o Álcool a 20% foi o que obteve o melhor desempenho, pois atingiu o menor percentual de erro, 1,51%. De modo geral, pode-se relatar a importância da determinação da densidade utilizando ambos os métodos, tendo em vista a importância de saber a densidade de certos produtos, e sabendo que estes métodos apresentam manipulação fácil e de baixo custo. 1. ANEXOS Cálculos para preenchimento das Tabelas 2 e 3. · Massa da água: A massa da água foi calculada por meio da subtração entre a massa em gramas do picnômetro quando cheio de água e a massa em gramas do picnômetro vazio. Solução etanólica P1 - 20% -> 85,7113 – 30,3649 = 55,3464 g P2 – 40% -> 81,8015 – 30,6197 = 51,1818 g P3 – 60% -> 55,2160 – 20,0412 = 33,1748 g P4 – 70% -> 53,0817 – 17,8622 = 35,2195 g P5 – 80% -> 92, 4003 – 39,9418 = 52,4585 g P6 – 99,5% -> 81,5714 – 30,5740 = 50, 9974 g Solução de sacarose P1 – 10% -> 80,95 – 31,3036 = 49,6437 g P2 – 20% -> 82,8906 – 32,6562 = 50,4102 g P3 – 30% -> 76,9248 – 23, 2297 = 53,6951 g P4 – 40% -> 32,0611 – 21,4460 = 10,6151 g · Massa da solução: A massa da solução foi calculada por meio da subtração entre a massa em gramas do picnômetro quando cheio de solução e a massa em gramas do picnômetro vazio. Solução etanólica P1 - 20% -> 84,7968 – 30,3649= 54,4319 g P2 – 40% -> 80,1288 - 30,6197 = 49,5091 g P3 – 60% -> 51,4990 – 20,0412 = 31,4578 g P4 – 70% -> 50,8673 – 17,8622 = 33,0051 g P5 – 80% -> 88,5755 – 39,9418 = 48,6337 g P6 – 99,5% -> 76,4133 – 30,5740 = 45,8393 g Solução de sacarose P1 – 10% -> 82,8514 – 31,3063= 51, 5451 g P2 – 20% -> 86, 7175 – 32, 6562 = 54,0613 g P3 – 30% -> 83,1009 – 23,2297 = 59,8712 g P4 – 40% -> 33, 8021 – 21, 4460 = 12, 3561 g · Volume: o volume foi calculado pela divisão entre a massa da água, em gramas, pelo tabelado da água (0,996512) à temperatura de 27ºC (temperatura ambiente média durante o experimento). Solução etanólica P1 – 20% -> 55,3464 ÷ 0,996512 = 55,5401 mL P2 – 40% -> 51,1818 ÷ 0,996512 = 51,3609 mL P3 – 60% -> 33, 1748 ÷ 0,996512 = 33, 2909 mL P4 – 70% -> 35,2195 ÷ 0,996512 = 35, 3427 mL P5 – 80% -> 52, 4585 ÷ 0,996512 = 52,6421 mL P6 – 99,5% -> 50, 9974 ÷ 0,996512 = 51,1759 mL Solução de sacarose P1 – 10% -> 49, 6437 ÷ 0,996512 = 49,8174 mL P2 – 20% -> 50, 2344 ÷ 0,996512 = 50,4102 mL P3 – 30% -> 53, 6951 ÷ 0,996512= 53, 8830 mL P4 – 40% -> 10,6522 ÷ 0,996512= 10, 6522 mL · Para calcular o erro, foi necessário obter o valor tabelado da massa específica do álcool etílico nas concentrações utilizadas no experimento, à temperatura de 27ºC, uma vez que, na tabela, só foram dadas as massas específicas para 25ºC e 30ºC. Abaixo, os cálculos para tais valores. Álcool a 20% 25 0,96639- 2 (x – 0,96395) = - 3 (0,96639 – x) -5x = - 4,8270 x = 0,9654 = 27 x 30 0,96395 Álcool a 40% 25 0,93148- 2 (x – 0,92770) = - 3 (0,93148 – x) -5x = - 4,6498 x = 0,9299 = 27 x 30 0,92770 Álcool a 60% 25 0,88931- 2 (x – 0,88278) = - 3 (0,88931 – x) -5x = - 4,4334 x = 0,886698 = 27 x 30 0,88278 Álcool a 80% 25 0,83911- 2 (x – 0,83473) = - 3 (0,83911 – x) -5x = - 4,18679 x = 0,87358 = 27 x 30 0,83473 Álcool a 70% Na tabela dada não havia o valor da massa específica do Álcool a 70%, sob qualquer temperatura. Portanto, foi necessário calcular primeiro esta concentração às temperaturas de 25ºC e 30ºC, relacionando as concentrações de 60 e 80 com 70, e só então calcular a temperatura a 27ºC. Álcool 70% a 25ºC 60 0,88931- 10 (x – 0,83911) = - 10 (0,88931 – x) -20x = - 17,2842 x = 0,86421 = 70 x 80 0,83911 Álcool 70% a 30ºC 60 0,88278- 10 (x – 0,83473) = - 10 (0,88278 – x) -20x = - 17,1751 x = 0,858755 = 70 x 80 0,83473 Álcool 70% a 27ºC. 25 0,86421 = - 2 (x – 0,858755) = - 3 (0,86421– x) -5x = - 4,31014 x = 0,862028 27 x 30 0,858755 REFERÊNCIAS 1. CÉSAR, Janaína. PAOLI, Marco-Aurélio de. ANDRADE, João Carlos. A determinação da densidade de sólidos e líquidos. Disponível em <http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/handle/mec/11544/articleI.pdf?seque nce=3>. 2. FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. O que é densidade?. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-e-densidade.htm> 3. MAZALI, Italo. Determinação da densidade de sólidos pelo método de Arquimedes. Disponíevel em <http://lqes.iqm.unicamp.br/images/vivencia_lqes_meprotec_densidade_arquimedes.pdf> 4. UM DISPOSITIVO SIMPLES PARA A DETERMINAÇÃO SIMULTÂNEA E CONTÍNUA DA DENSIDADE DE LÍQUIDOS E DA CONCENTRAÇÃO DE SUSPENSÕES LÍQUIDAS1, Sabrina S. PAES3, Kátia N. MATSUI2, Fábio D. S. LAROTONDA2, João B. LAURINDO2, 5. A Determinação da Densidade de sólidos e líquidos. Dulce Campos. 10 20 30 40 1.0346 1.0724 1.1111 1.1598999999999999 Concentrações (soluções de sacarose) Densidade Absoluta (g.cm³) DENSIDADE ABSOLUTA(g.cm³) SOLUÇÕES ETANÓLICAS 20 40 60 70 80 99.9 0.98 0.96389999999999998 0.94489999999999996 0.93379999999999996 0.92379999999999995 0.89570000000000005 Concentrações Etanólicas Dendidade Absoluta (g.cm³)
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