28 de maio de 1999.

RELATRIO DE LEQ 1

PRTICA 2 Densidade de Lquidos

AUTORES:

Felipe Ferreira Gonalves Alvarez der AlvesCarolina Boaventura Gabriele ArnoniJlio Petrine

UBERLNDIA MGSERVIO PBLICO FEDERALMINISTRIO DA EDUCAOUNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIAFACULDADE DE ENGENHARIA QUMICA

Novembro/2014Av. Joo Naves de vila, 2121 Campus Santa Mnica Bloco 1K CEP: 38408-144 Uberlndia MG Brasil Tel.: 34 3230-9401 a 3230-9408Av. Getlio Vargas, 230 Campus Patos de Minas Palcio de Cristal CEP: 38700-128 Patos de Minas MG Brasil Tel.: 34 3823-1917/3821-0588 www.feq.ufu.br e-mail: malagoni@feq.ufu.br

RESUMOA prtica teve como principal objetivo medir a densidade de diferentes lquidos, sejam eles puros ou compostos por uma mistura de dois ou mais componentes, em diferentes temperaturas e verificar, ento, a influncia da temperatura na densidade destas amostras. Para a realizao da prtica usou-se um densmetro, instrumento usado para medir a massa especfica de lquidos, e amostras de gua, lcool etlico e misturas de sacarose e gua em diferentes concentraes. A partir dos resultados experimentais foi possvel comparar os mesmos com os resultados encontrados atravs de equaes encontradas na literatura como as equaes de Rackett e Peng Robson. Os resultados obtidos atravs da equao de Rackett foram mais prximos dos resultados experimentais, mostrando que o uso dessa equao mais eficiente para o clculo do volume de lquidos.

1 INTRODUO

A determinao da densidade de uma substncia extremamente importante para diversas aplicaes em laboratrios e na indstria qumica como, por exemplo, a escolha de fluidos manomtricos em manmetros para medio da queda de presso, em que o fluido manomtrico deve possuir uma densidade maior que o fluido em anlise para evitar que este fluido se se misture com o fluido manomtrico.Densidade, nada mais do que a quantidade de matria que uma substncia ocupa em determinado espao sendo uma propriedade especifica das substncias. Em misturas, a densidade obtida varia entre as densidades das substncias. Esta variao calculada atravs da proporo das substncias que compe a mistura (%Substncia A x Densidade substncia A + Substncia B x Densidade substncia B).A densidade de slidos e lquidos, segundo o Sistema Internacional de Unidades expressa em quilograma por metro cbico Kg/m3. Entretanto, mais comumente expressa em unidades de gramas por centmetro cbico (g/cm3).

(1)

A densidade absoluta de diversos materiais depende da temperatura, devido a dependncia do volume com a mesma. Outro conceito importante a densidade relativa, definida como a razo entre a densidade do material com que feito um objeto, em relao densidade de outro material usado como padro. Adota-se comumente como padro a gua pura a 4C, cuja densidade 1,0 g/cm3.As densidades podem ser aferidas de vrias maneiras e, no caso de substncias lquidas, recomenda-se usar o densmetro ou o mtodo do balo volumtrico (conhecendo-se o volume do balo mede-se a massa ali presente e aplica-se a frmula da densidade: Densidade = massa/volume).O densmetro um aparato que tem por objetivo medir a massa especfica de lquidos. O modelo mais comum se apresenta como um tubo de vidro longo fechado em ambas as extremidades. Este tubo mais largo em sua parte inferior e possui uma escala graduada na parte mais estreita. O aparato deve flutuar livremente em um recipiente contendo o lquido do qual se deseja conhecer a densidade. A leitura realizada no ponto em que escala graduada se alinha com a superfcie do lquido.O densmetro exerce no fludo uma fora igual ao seu peso, tendo como reao o empuxo exercido pelo fludo sobre o densmetro. O peso P do densmetro dado pela equao a seguir:P = m x g (2)O Empuxo pode ser escrito como:

E = i x V x g (3)

Igualando as equaes (2) e (3) e rearranjando chegamos a equao que determina a massa especfica dos lquidos a seguir:

Na construo do densmetro, o valor de sua massa fixo. Assim, a relao anterior indica que o inverso do volume do densmetro imerso no fludo depende da densidade do lquido. Esta variao no volume observada na escala graduada do densmetro. Uma vez calibrado, o densmetro fornece uma medida direta da densidade do lquido.

2 OBJETIVOS

A prtica teve como objetivo obter o perfil da densidade em funo da temperatura atravs da medio da densidade de alguns lquidos e misturas, em diferentes temperaturas utilizando densmetro digital. Os resultados foram comparados com equaes disponveis na literatura.

3 MATERIAIS

Os seguintes materiais foram utilizados para a realizao da prtica:

Agitador eletromagntico; 01 manta pequena para aquecimento de amostra. Termmetro; ( 0,1o C ) Becker de 1L; 05 Becker de 100mL; lcool etlico, gua destilada e soluo de sacarose 84% e gua; Densmetro constitudo dos seguintes itens: Esfera de volume 10 cm3 ; Sensor de temperatura que mede temperatura na faixa de 0 a 100C; Becker; Balana analtica( 0,0001 g) de carga mxima de 100 g;

A figura a seguir mostra o aparato experimental utilizado para a realizao da prtica:

Figura 1. Equipamento usado para determinar a densidade de lquidos.

4 METODOLOGIA EXPERIMENTAL

Primeiramente o densmetro e o agitador eletromagntico foram conectados tomada. Em seguida, utilizou-se um bquer limpo e seco e adicionou-se cerca de 500 ml do lquido selecionado e o levou para o sistema de aquecimento. Com o auxlio de um densmetro, como mostrado na figura 1, e um termmetro a densidade do lquido foi medida na temperatura ambiente e em outras temperaturas. O bquer foi encostado nos dois pinos que possui na balana para que o sistema fosse tarado. Amostras do lquido que estavam sendo aquecidas foram retiradas e transferidas para um bquer de 100 ml, ento transferidas para a balana do densmetro. A esfera foi posicionada no gancho para que ficasse submersa ao lquido, e a esfera foi agitada para eliminar as bolhas e aguardou-se um tempo at que a esfera parou de oscilar. Ento, o sensor de temperatura na borda do bquer foi conectado ao densmetro para que a medida fosse finalmente feita. Para que se evitasse o desperdcio, a amostra foi retornada ao aquecimento e aguardou-se at que a temperatura se elevasse. Aps o termino as amostras foram devidamente descartadas, a bancada foi limpa e os equipamentos desligados.

5 RESULTADOS E DISCUSSES

A tabela a seguir mostra os resultados de densidade medidos atravs do densmetro para a gua e o lcool, em diferentes temperaturas:

Dados para gua pura

MedidaT(C) (g/cm3)

124,31,01209

234,21,0073

348,81,00629

479,20,98591

Tabela 1 Dados experimentais para gua pura

Dados lcool puro

MedidaT(C) (g/cm3)

122,90,80313

2420,7973

347,50,79694

464,80,79702

Tabela2 Dados experimentais para lcool puro

Miatura sacarosa mais gua

medidaT(C) (g/cm3)

149,61,3179

229,11,33761

375,51,30065

459,31,31062

Tabela 3 Dados experimentais para mistura Sacarose mais gua

Atravs dos resultados obtidos foi traado o perfil de comportamento da densidade em funo da temperatura para a gua, lcool e para misturas de sacarose mais gua como mostram os grficos abaixo:

Grfico 1 Perfil de densidade versus temperatura para a gua

Grfico 2 Perfil de densidade versus temperatura para o lcool etlico

Grfico 3 Perfil de densidade versus temperatura para mistura de sacarose mais gua

Analisando os grficos percebe-se que a temperatura tem significativa influncia na densidade de substncias lquidas puras ou misturas. O Grfico mostra ainda, que para as amostras usadas nesta prtica, o aumento da temperatura provoca uma diminuio da densidade conforme o esperado j que quando se aumenta a temperatura de um determinado fragmento de matria, tem-se um aumento do volume fixo desta, pois haver a dilatao ocasionada pela separao dos tomos e molculas.Atravs da razo entre a massa molar e a densidade calculou-se o volume experimental para cada amostra. Os resultados so mostrados nas seguintes tabelas:

Dados para gua pura (MM=18 g/mol)

medida (g/cm3)Vexp(cm3)

11,0120917,7849796

21,007317,86955227

31,0062917,8874877

40,9859118,25724458

Tabela 4 Volume experimental para gua

Dados para lcool Etlico ( MM=46,0684 g/mol)

medida (g/cm3)Vexp(cm3)

10,8031357,36107479

20,797357,78050922

30,7969457,80661028

40,7970257,80080801

Tabela 5 Volume experimental para lcool Etlico

Dados para Sacarose ( MM=342,2965 g/mol)

medida (g/cm3)Vexp(cm3)

11,3179259,7287351

21,33761255,9015707

31,30065263,1734133

41,31062261,1714303

Tabela 6 Volume experimental para mistura Sacarose e gua

Atravs de equaes encontradas na literatura foi possvel calcular o volume terico para as respectivas temperaturas coletadas. Assim, foi possvel comparar os valores tericos com os valores obtidos experimentalmente. Para o clculo do volume terico, foram utilizadas as equao de Rackett e a equao de estado cbica genrica para Peng-Robson mostradas a seguir:

Equao de Rackett:

(5)

Equao de Estado Cbica Genrica para Peng-Robson:

) (6)

Onde os parmetros para a equao (6) so:

(Tr)Zc

PR (1976)PR(Tr;)0,077800,457240,30740

(7)

(8) (9)

(10)

(11)

(12)

Percebe-se que na equao de estado cbica para Peng Robson, o z no se encontra na forma explcita, sendo necessrio ento realizar um procedimento iterativo. J para a equao de Rackett encontram-se os valores do volume diretamente apenas com os dados de temperatura. Os resultados encontrados para ambas as equaes so mostrados a seguir:

Comparao entre os resultados obtidos para o volume de gua

medidaT(C)T(K)V Peng RobsonV RacketVexp(cm3)

124,3274,1521,2261116,2364917,7849796

234,2275,1521,366616,4013817,86955227

343,8276,1521,5096316,5662317,8874877

479,2277,1522,1031717,2212818,25724458

Tabela 7 quadro comparativo entre os volumes experimentais e calculados para a gua

Comparao entre os resultados obtidos para o volume de lccol etlico

medidaT(C)T(K)V Peng RobsonV RacketVexp(cm3)

122,9296,0562,2756454,6644657,36107479

242315,1563,5931956,267257,78050922

347,5320,6564,0122656,7581757,80661028

464,8337,9565,4682358,4010157,80080801

Tabela 8 Quadro comparativo entre os Volumes experimentais e calculados para o lcool etlico

Comparao entre resultados obtidos para a mistura de sacarose e gua

medidaT(C)T(K)V RacketVexp(cm3)

149,6322,7556,94941259,7287351

229,1302,2555,1683255,9015707

375,5348,6559,50137263,1734133

459,3332,4557,86152261,1714303

Tabela 9 Quadro comparativo entre os Volumes experimentais e calculados para a mistura de Sacarose e gua

Calculou-se ainda, o erro relativo dos volumes tericos obtidos atravs de equaes da literatura em relao aos volumes obtidos experimentalmente durante a prtica.

(13)

Os resultados so mostrados nas tabelas abaixo:

medidaErro RacketErro PR

18,706738819,34852

28,216080419,56986

37,386512920,24961

45,674255521,06519

Tabela 10 Clculo do erro relativo para as equaes de Peng Robson e Rackett para gua

medidaErro RacketErro PR

14,70112588,567766

22,619067810,05993

31,813711210,73519

4-1,03840513,26525

Tabela 11 Clculo do erro relativo para as equaes de Peng Robson e Rackett para lcool Etlico

medidaErro Racket

178,073505

278,441592

377,390811

477,845386

Tabela 12 Clculo do erro relativo para a equao de Rackett para mistura de Sacarose e gua

6 CONCLUSO

Conclui-se que a tcnica de medio da densidade de lquidos um mtodo efetivo quando realizado com os devidos cuidados. Atravs dos resultados obtidos, concluiu-se ainda que a equao de Rackett mostrou-se mais eficiente para o clculo do volume de compostos ou misturas lquidas quando comparado aos resultados obtidos por equaes de estado cbicas como, por exemplo, a equao de Peng Robson, uma vez que seus valores se aproximaram mais dos valores experimentais. Para as misturas, os erros relativos encontrados foram grandes. Tais erros podem ter sido ocasionados devido ao mal manuseio do equipamento e tambm por no ter sido considerado a regra de mistura nos clculos do volume atravs das equaes da literatura.

7 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

1- Maria Nazareth Stolf Montanheiro do Departamento de Fsica UNIMEPDETERMINAO DA DENSIDADE DE SLIDOS E LQUIDOS PELOPRINCPIO DE ARQUIMEDES.

2- MENU DSL920 - manual do densmetro.

3 - Toginho Filho, D. O., Catlogo de Experimentos do Laboratrio Integrado deFsica Geral

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