relatório da densidade e densidade relativa

Física e Química A

Professora: Teresa Ferreira

Relatório elaborado por:

Andreia Nunes, n.º 7

Fogueteiro, 21 de Janeiro de 2006

Densidade e Densidade

Relativa

Densidade e densidade relativa – Física e Química A

Escola Secundária Manuel Cargaleiro 2005/2006 2

p.

Objectivos ............................................................................................................................

Introdução Teórica ...........................................................................................................

Parte Experimental:

Material .....................................................................................................................

Procedimento (Parte I) .........................................................................................

Tratamento de Resíduos (Parte I) .....................................................................

Procedimento (Parte II) ........................................................................................

Tratamento de Resíduos (Parte II) .................................................................

Registo e Tratamento de Resultados (Parte I) ...........................................................

Registo e Tratamento de Resultados (Parte II) .........................................................

Conclusão e Crítica .............................................................................................................

Bibliografia ........................................................................................................................

Avaliação ...........................................................................................................................

2

2

6

7

8

8

8

9

11

13

14

15



Com esta actividade prático-laboratorial, desejamos aplicar os conhecimentos

teóricos que adquirimos nas aulas referentes à densidade e à densidade relativa.

Temos, ainda, como propósito aperfeiçoar a nossa capacidade de lidar com

problemas experimentalmente, neste caso concreto, pretendemos estudar os

procedimentos através dos quais é possível determinar a massa volúmica e a

densidade relativa do chumbo e do álcool etílico. Como último objectivo, queremos

contactar com novo material de laboratório, como é o caso do picnómetro, conhecer

as regras para seu correcto manuseamento e constatar a sua utilidade.

À medida que os elementos químicos iam sendo descobertos, verificou-se a

existência de determinadas semelhanças no que toca às suas propriedades, tanto

físicas como químicas, o que obrigou a comunidade científica a tentar organizá-los

consoante essas semelhanças. O resultado dessa organização é a Tabela Periódica

actual (Imagem 1).

Na actual tabela periódica, os elementos encontram-se organizados em 18

grupos (colunas), que nos fornecem indicações acerca do número de electrões de

valência, e 7 períodos (linhas), que nos informam acerca do número de níveis de

energia do elemento.

As propriedades físicas e o comportamento químico dos elementos são

idênticos num mesmo grupo, por exemplo: todos os elementos pertencentes ao grupo

dos metais alcalinos (grupo 1) têm propriedades semelhantes.



Imagem 1 – Aspecto da Tabela Periódica actual. A amarelo encontram-se representados os metais, a

verde os semimetais, a rosa os não-metais e a azul os gases nobres.

Para além da periodicidade de propriedades físicas e químicas ao longo dos

grupos e períodos, existe, tambémm periodicidade no que toca ao raio atómico, ao

raio iónico e à energia de ionização. Podemos ainda referir a variação da densidade

(Imagem 2), do ponto de fusão e do ponto de ebulição (Imagem 3) ao longo da

tabela periódica, embora esta variação não seja tão linear como as propriedades

anteriores.

Variação do PF e PE.

Imagem 3 – Variação do ponto de fusão e do ponto de ebulição. Nos grupos 1, 2, 12, 13 e 14 o ponto de fusão e de ebulição diminui ao longo do grupo, nos restantes aumenta. Nos períodos, aumenta das extremidades para o centro.

Imagem 2 – Variação da densidade ao longo da tabela periódica. Os elementos de maior densidade estão situados na parte central e inferior da tabela

Densidade



O ponto de fusão, o ponto de ebulição e a densidade são constantes físicas que

podem ser determinadas através de ensaios químicos específicos, permitindo-nos

identificar a substância em causa assim como o seu grau de pureza, comparando os

valores obtidos com valores tabelados, já obtidos pela comunidade científica para

vários materiais, pois estas são grandezas físicas características de cada substância.

A densidade ou massa volúmica, , é uma grandeza física que se define

como sendo a propriedade da matéria que nos permite conhecer a quantidade de

massa existente num dado volume (Ex: 3/7,2 cmgAlumínio , isto é, cada cm3 de

alumínio tem 2,7g de massa) sendo, portanto, determinada através do quociente

entre a massa, m, e o volume, v, do objecto considerado, como sugere a seguinte

fórmula: [1]v

m . Tendo esta definição em conta, posso inferir que um corpo é

mais denso do que outro se ocupar menor volume e tiver igual massa e, de uma

forma análoga, um corpo é mais denso se ocupar o mesmo volume e tiver maior

massa.

A unidade em que é expressa a massa volúmica segundo o Sistema

Internacional de Unidades (SI) é o kg/m3, apesar de se utilizar também o g/cm3 para

sólidos e líquidos e o g/dm3 para gases.

A densidade relativa, d, é uma constante física que estabelece uma

comparação entre a densidade de um determinado elemento com a densidade de

outro, como sugere a seguinte equação: [2] Y

Xd

. O resultado é apresentado

sem qualquer unidade, já que a densidade relativa é uma grandeza adimensional.

Nos sólidos e nos líquidos, é comum utilizar a água destilada a 4ºC como

padrão para determinar a densidade relativa destes, uma vez que a densidade da

água a esta temperatura é 1g/cm3, logo a densidade relativa e a massa volúmica são

expressas pelo mesmo valor numérico. No entanto, para determinar a densidade

relativa de gases, toma-se como padrão a densidade do ar atmosférico ou do

hidrogénio, quando estes se encontram à temperatura de 0ºC e à pressão de 1 atm.

Podemos comprovar o que foi dito através do seguinte exemplo:

8,7/1

/8,73

3

dcmg

cmgdd

Água

Ferro

, ou seja, o ferro é 7,8 vezes mais denso do que

a água.



Aquando das determinações laboratoriais da massa volúmica e da densidade

relativa há que ter em consideração as condições ambientais, nomeadamente a

pressão atmosférica e a temperatura, pois se essas não forem iguais àquelas em que

foram determinados os valores que hoje se encontram tabelados, vão existir

diferenças. Para determinar a essas grandezas físicas existem diversos materiais de

laboratório como provetas, densímetros, balanças e picnómetros. Na nossa aula

experimental, utilizámos a balança de precisão juntamente com o picnómetro de

sólidos e de líquidos, pelo que vou incidir um pouco sobre estes instrumentos.

As balanças são utilizadas para medir a massa de um corpo, sendo essa

medição expressa em kg segundo a unidade de massa do SI. Numa balança de

precisão deve obter-se sempre o mesmo valor para a massa do objecto, quando se

repete a operação, no entanto essas medições estão sujeitas a erros resultantes dos

mais variados factores.

Os picnómetros (Imagem 4), por sua vez, são materiais de vidro de grande

precisão, utilizados para determinar a densidade relativa de um líquido ou de um

sólido.

As medições efectuadas pelos picnómetros e pelas balanças são depois

utilizadas para calcular a densidade relativa através do quociente entre a massa, m,

de um dado objecto e a massa, m’, da água que tenha o mesmo volume desse

objecto: [3] 'm

md , em que [4] '' MMm , sendo M a massa do picnómetro com

água e o objecto, e M’ a massa do picnómetro com água e o objecto no seu interior.

As fórmulas [3] e [4] são apenas utilizadas para determinar a densidade relativa de

materiais sólidos, pois para determinar a densidade relativa de líquidos há que dividir

Imagem 4 – Picnómetro de líquidos à esquerda e picnómetro de sólidos à direita.



a densidade, , do líquido pela densidade, ' , da água à temperatura de 4ºC: [5]

'

d , onde [6]

v

mM , sendo M a massa do picnómetro cheio de líquido, m

a massa do picnómetro vazio e v a capacidade do picnómetro.

Na aula experimental determinámos a densidade relativa do chumbo e do

álcool etílico.

O chumbo é um elemento de símbolo químico Pb, número atómico 82, massa

atómica 207,2 e densidade 11,34 g/cm3. Pertence ao grupo 14 e ao 6º período. É um

metal tóxico, pesado, macio, maleável, mau condutor eléctrico e sólido á

temperatura ambiente.

O álcool etílico (C2H5OH) é um derivado do etano, é bastante inflamável,

evapora-se facilmente, tem um grande poder bactericida e solubilizante e encontra-

-se líquido à temperatura ambiente. A sua densidade varia entre os 0,79 e os 0,82

g/cm3 dependendo da pureza do álcool.

Material 1. Picnómetro de Sólidos (25ml, 2,5 ml);

2. Picnómetro de Líquidos (25ml, 2,5 ml);

3. Vidro de Relógio;

4. Termómetro;

5. Barómetro;

6. Esguicho;

7. Balança ( 0,00g);

8. Papel Absorvente;

9. Água destilada;

10. Esferas de Chumbo;



11. Álcool Etílico (96º volume, 0,25l. Constituição: etanol 96% v/V

parcialmente desnaturado com Cetrimida 0,27g. Regras e Segurança:

facilmente inflamável – R11, manter fora do alcance das crianças – S2,

manter o recipiente bem fechado – S7, manter afastado de qualquer

fonte de ignição – S16, não fumar.)

Procedimento (Parte I)

Nota: Este diagrama de blocos está organizado por ordem de execução de tarefas,

logo as primeiras tarefas encontram-se na zona superior e as últimas na zona inferior.

As setas roxas representam as variáveis que são utilizadas para calcular a densidade

relativa.

Picnómetro de sólidos + água destilada até ao

traço de referência Esferas de Chumbo

Determinar massa m

Determinar massa M

Determinar massa M’

Determinar a densidade relativa, d,

do chumbo

+

Introduzir



Tratamento de Resíduos (Parte I)

A água destilada foi despejada na rede de esgotos domésticos, os papéis

absorventes foram descartados para o lixo comum e o chumbo foi colocado dentro

do seu recipiente, tendo sido posteriormente armazenado.

Procedimento (Parte II)

Tratamento de Resíduos (Parte II)

O álcool etílico foi despejado na rede de esgotos domésticos e os papéis

absorventes foram descartados para o lixo comum.

Picnómetro de Líquidos Álcool Etílico

Medir a massa, m, e registar a

capacidade, v

Determinar a densidade do Álcool

Etílico

Água destilada a 4ºC

Determina-se a massa M

Determinar a densidade, d, do

Álcool Etílico

+

Em relação à



(Parte I)

RESULTADOS DA DETERMANIÇÃO DA DENSIDADE DO CHUMBO UTILIZANDO UM

PICNÓMETRO DE SÓLIDOS

MASSA DO VIDRO DE RELÓGIO: 20,18g

MASSA DO CONJUNTO PICNÓMETRO COM ÁGUA E ESFERAS DE CHUMBO:

Ensaio Massa M

(g)

Desvio em relação ao valor médio

1 52,11 |52,11 -52,11| =0,00 2 52,11 |52,11 -52,11| =0,00 3 52,11 |52,11 -52,11| =0,00

Valor médio 52,11 Incerteza Absoluta = 0,00 Tabela 1

Margem de Erro: 52,11 g 0,00 g

Incerteza Relativa = %010003,51

00,0

Na determinação da massa do conjunto picnómetro com água e esferas de

chumbo cometemos um erro de 0,00g, ou seja, 0%, correspondendo este erro ao erro

da balança. Podemos considerar a medição precisa uma vez que as medições são

bastante próximas.



MASSA DO VIDRO DE RELÓGIO: 20,18g

MASSA DAS ESFERAS DE CHUMBO:

Ensaio Massa m

(g)


1 0,85 |0,85 – 0,85| = 0,00 2 0,85 |0,85 – 0,85| = 0,00 3 0,86 |0,85 – 0,86| = 0,01

Valor médio 0,85 Incerteza Absoluta = 0,01g Tabela 2

Margem de Erro: 0,85g 0,01 g

Incerteza Relativa = %118,110085,0

01,0

Na determinação da massa das esferas de chumbo cometemos um erro de

0,01g, ou seja, 1%. Esta medição é considerada uma medição precisa, visto que as

medições são bastante próximas, no entanto, ocorreu um erro acidental, pois são estes

erros que influenciam a precisão de uma medição, tendo este erro sido provocado,

provavelmente, por uma corrente de ar ou por um estremecimento da mesa de

trabalho.

MASSA DO PICNÓMETRO COM ÁGUA E AS ESFERAS DE CHUMBO NO SEU INTERIOR:

Ensaio Massa M’

(g)


1 52,04 |52,04 – 52,04| = 0,00 2 52,04 |52,04 – 52,04| = 0,00 3 52,04 |52,04 – 52,04| = 0,00




00,0

Na determinação da massa do picnómetro com água e esferas de chumbo no

seu interior cometemos um erro de 0,00g, ou seja, 0%, correspondendo este erro ao

erro da balança. Podemos considerar a medição precisa uma vez que as medições

são bastante próximas.



PRESSÃO ATMOSFÉRICA: 772 ml de mercúrio

TEMPERATURA DA ÁGUA: 15ºC

Utilizando a fórmula [4] temos:

07,0'mg04,52g11,52'm'MM'm g

Utilizando a fórmula [3] obtemos a seguinte igualdade:

1214,12d07,0

85,0d

'm

md , logo as esferas de chumbo são 12 vezes mais

densas do que a água. O valor obtido é diferente do valor tabelado para a

densidade do chumbo que é 11,34g/cm3, devendo-se esta diferença à diferente

pressão atmosférica e temperatura em que foi realizada a determinação da

densidade do chumbo que se encontra tabelada e a que se fazia sentir aquando da

realização da nossa determinação experimental.

(Parte II)

RESULTADOS DA DETERMANIÇÃO DA DENSIDADE DO ÁLCOOL ETÍLICO

UTILIZANDO UM PICNÓMETRO DE LÍQUIDOS

CAPACIDADE DO PICNÓMETRO (v): 25ml = 0,025l = 0,025 dm3 = 25cm3

MASSA DO PICNÓMETRO VAZIO:

Ensaio Massa m

(g)


1 13,57 |13,57 – 13,57| = 0,00 2 13,57 |13,57 – 13,57| = 0,00

3 13,57 |13,57 – 13,57| = 0,00




00,0



Na determinação da massa do picnómetro de líquidos vazio cometemos um

erro de 0,00g, ou seja, 0%, correspondendo este erro ao erro da balança. Podemos

considerar a medição precisa uma vez que as medições são bastante próximas.

MASSA DO PICNÓMETRO CHEIO DE ÁLCOOL ETÍLICO:

Ensaio Massa M

(g)


1 34,85 |34,85 – 34,85| = 0,00 2 34,85 |34,85 – 34,85| = 0,00

3 34,85 |34,85 – 34,85| = 0,00




00,0

Na determinação da massa do picnómetro cheio de álcool etílico cometemos

um erro correspondente ao erro da balança, isto é, 0,00g ou 0%. Podemos considerar

esta medição precisa uma vez que todas as medições efectuadas apresentam o

mesmo valor.

PRESSÃO ATMOSFÉRICA: 772 ml de mercúrio

TEMPERATURA DA ÁGUA: 15ºC

’= Água (4ºC): 1g/cm3

Utilizando a fórmula [6] temos:

333

cm/g9,08512,0cm25

g28,21

cm25

g57,13g85,34

v

mM

Utilizando a fórmula [5] obtemos a seguinte igualdade:

9,0dcm/g1

cm/g9,0d

'd

3

3

, logo o álcool etílico é 0,9 vezes mais denso do

que a água. O valor obtido é diferente do valor tabelado para a densidade do álcool

etílico que varia entre os 0,79 e os 0,82 g/cm3 dependendo da pureza do álcool,

devendo-se esta diferença à diferente pressão atmosférica e temperatura em que foi

realizada a determinação da densidade do álcool etílico que se encontra tabelada e

a que se fazia sentir aquando da realização da nossa determinação experimental.



Com a realização desta actividade prático-laboratorial, cumprimos os nossos

objectivos iniciais, tais como a aplicação dos conceitos aprendidos referentes à massa

volúmica e à densidade relativa, contactámos de perto com materiais até aí

desconhecidos, como o picnómetro, e ficámos a conhecer as formas de determinar a

densidade e a densidade relativa utilizando materiais de laboratório e fórmulas.

Para além disso, com este trabalho prático, pudemos constatar a veracidade das

várias informações adquiridas nas aulas.

Ao longo da realização desta experiência, pudemos verificar que a densidade

relativa e a densidade são constantes físicas características das diferentes substâncias e

que os seus valores se encontram nas tabelas periódicas. Constatámos que estas

constantes físicas são determinadas utilizando diferentes materiais de laboratório

consoante o seu estado físico, por exemplo, a densidade do álcool foi determinada

utilizando o picnómetro de líquidos, enquanto que a massa volúmica do chumbo foi

medida utilizando o picnómetro de sólidos. Através dos resultados obtidos, podemos

concluir que o chumbo é mais denso do que a água e do que o álcool etílico,

enquanto que o álcool etílico é 0,9 vezes mais denso do que a água, isto, porque

para o mesmo volume existe uma maior quantidade de massa. Contudo, estes

resultados são diferentes dos valores tabelados, o que sugere que tenham sido

cometidos erros, o que é muito provável, no entanto, existem outros factores para

essas diferenças, remetendo-nos esses factores para a nossa última conclusão. A nossa

conclusão final foi que as condições de pressão e de temperatura influenciam a massa

volúmica e a densidade relativa, devido a esse facto é que os valores obtidos são

diferentes dos valores tabelados, embora próximos.

Durante a actividade prática deparámo-nos com algumas dificuldades na

determinação da densidade do chumbo, mas isso apenas se verificou quando

utilizámos as esferas pequenas, o que nos leva a crer que o material daquelas esferas

não fosse chumbo. Tirando esses imprevistos, tudo correu de forma normal e

conforme o planeado.



MACIEL, Noémia et alli, Eu e a Química Física e Química A Química 10.ºano, s.l.,

Porto Editora, 2003, 287pp.

RODRIGUES, M. Margarida et alli, «1.3 Propriedades físicas e químicas dos materiais –

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Transformação Ciências Físicas e Naturais CIÊNCIAS FÍSICO-QUÍMICAS

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NOTA PROCESSUAL: _______________

OBSERVAÇÕES:

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

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_____________________________________________________________________.

relatório da densidade e densidade relativa

Documents