Relatório de Física e Química - Densidade (Sujeito à alterações futuras e deformações textuais)
Autor: Wasim A.P Syed | Publicado: 2013-04-21T00:02:00-03:00


Colégio Lacordaire Sant’Anna

Relatório de Química e Física

Determinação densímetrica de formas geométricas

Professores: Luiz Cláúdio e Matheus Palareto

Integrantes: Rodrigo Amaral, Wasim, Tierre, Luiz Eduardo, Leonardo Moitinho e Matheus Moreira

Objetivos

Determinar a densidade de materiais como a madeira, bolinha de gude e de ferro em m meios indicados através de 2 cáculos diretos - geométrico e hidráulico (imersão) - e tornar visível e clara a relação entre massa e volume, i.e., a densidade.

Introdução







Os materiais, desde os mais simples como a água e até o mais complexo como o grafeno - alótropo de carbono baseado no grafite que vem se apresentando como um grande substituto de diversos materiais de grande importância industrial como o aço -, apresentam propriedades em comum, massa e volume, e são essas mesmas propriedades específicas da matéria que diferenciam um material do outro. Essa diferenciação e identificação de materiais pela suas propriedades físicas é muito utilizada nas diversas indústrias, principalmente na metalúrgica, como no caso de processos de separação de minérios à base da decantação ou precipitação densimétrica.

➡Conceito de Densidade

A densidade, de forma geral, é definida como a relação de entre grandezas físicas, sendo a primeira (o numerador) normalmente variável em função da área da ciência estudada, e a segunda (o divisor) obrigatoriamente, a área. Em física e química a densidade é definida como a relação entre Massa e Volume e é dada pela seguinte fórmula:

 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Densidade = Massa/Volume

Massa e Volume são propriedades específicas da matéria, levando em conta que o volume está sempre sujeito à alterações físicas, como por exemplo, pressão e temperatura. Desta forma, pode-se dizer que a densidade mede o grau de concentração ou teor de determinada massa em um determinado volume. 

O simbolo para a densidade e a letra ρ e a unidade no SI é Kg/m³ ou Kg/L (unidade padrão nos sistemas gasosos), mas normalmente é usado g/cm³ ou g/ml.

➤Densidade Relativa 

É a relação entre a densidade de substâncias e a massa volumétrica da substância referência, normalmente a água. Quando se diz que o material tem uma massa volúmica 5 vezes superior à da água (no caso dos solidos e liquidos), é tomado em nota a densidade da água em temperatura ambiente (1,0 Kg por Litro).

➤Gases

Como a cinética dos gases é gigante (i.e., a distância entre as partículas do sistema é gigante devido à sua energia) é usado para definir a densidade dos gases a massa volúmica de referência o ar, que no CNTP (condições normais de temperatura e pressão) e pressão (PTN) (temperatura de 0 °C e pressão atmosférica 101 325 Pa) corresponde a 1,2928 kg/m³. 

➤Densidade Aparente

Designação da massa (ou vulgarmente "peso"), de determinado sólido granulado como brita (2,75 g/ml (ou 2750 kg/L), desconsiderando que em meio aos seus grãos contêm espaços vazios preenchidos por ar, mais comumente, ou outro fluido, depende do processo em questão, como água ou outros minerais. Em outras palavras, e a massa média de um sólido por volume, na sua apresentação habitual ou especifica para determinadas amostras ou ainda processo. É também chamada de Massa Específica Aparente. É bastante utilizada nas análises de solo e de minerais sílicos.



Mudanças estruturais em função

da temperatura e pressão



➡Fatores que influem sobre a densidade de um material

A temperatura e pressão¹ são agentes determinantes de variações de volume, como pode ser visto nas tabelas abaixo:

















Densidade da água



Temperatura (°C)

Densidade (kg/m³)


100

958,4


80

971,8


60

983,2


40

992,2


30

995,6502


25

997,0479


22

997,7735


20

998,2071


15

999,1026


10

999,7026


4

999,9720


0

999,8395




¹A água se contrai com a queda de temperatura, mas a partir de 4°C recomeça a se expandir, voltando a se contrair após sua solidificação. Isso explica porque a água congela primeiro na superfície, pois a água que atinge a temperatura de 0 °C se torna menos densa que a água a 4 °C, consequentemente ficando na superfície. Esse fenômeno também é importante para a manutenção da vida nas águas frias, pois faz com que a água a 4 °C fique no fundo e mantenha mais aquecidas as criaturas que ali vivem.

Densidade do ar



*1 Atm = 14.6959488 Psi

Densímetro

Densímetro é um aparato de vidro que, comumente, se apresenta como um tubo longo fechado em ambas as extremidades, que mensura a massa específica através do princípio de Arquimedes, o empuxo; é introduzido ou imerso em um recipiente cheio de um determinado líquido referente até que ele possa flutuar livremente. A leitura é realizada observando em que marca da gradação fica posicionada na superfície do líquido. 

Uma das utilidades do densímetro é inferir se a composição de uma mistura líquida é a esperada ou não a partir do valor esperado para a massa específica da mistura.

Densidade dos materiais mais utilizados no cotidiano



MATERIAL

 &nbsp;&nbsp;Kg/L


Eucalipto

750


Peroba-Rosa

790


Vidro

2500


Chumbo

11540


Bolinha-de-gude

2700


Ferro

7900


Cedro (13% de umidade)

485


Cerejeira (13% de umidade)

610


Ipê (13% de umidade)

1.103


Jatobá (13% de umidade)

921


rícina ( óleo de mamona ) 

960






Materiais Utilizados


Água


Balança Digital


Béquer


Bolinha-de-gude


Cone


Cilindro


Cubo


Proveta


Régua de 20cm


Paralelepípedo


Paralelepípedo Camuflado



Procedimento Experimental

Cálculo direto

Primeiro, o &nbsp;volume dos objetos (Cubo, Paralelepípedo, Paralelepípedo Camuflado e Cilindro) foi calculado através das seguintes equações geométricas, utilizando uma régua de 20cm:

 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Para o Cubo, Paralelepípedo e Paralelepípedo Camuflado:

h &nbsp;Largura &nbsp;Comprimento 

Para o cilindro:

a H = &nbsp;. R² 

Cálculo de volume por imersão


O volume do cone foi calculado através da imersão do cone no béquer com água. 




O cone foi colocado no béquer e depois imerso em água em quantidade indicada. Após marcado o nível na gradação do béquer, foi retirado o cone e, com a consequente diminuição de volume, a água foi transferida para a proveta, que teve de ser preenchida com água até 250ml. Subsequentemente, a água foi transferia para o béquer (até o ponto marcado, quando o cone foi retirado). A água restante na proveta foi subtraída pela sua capacidade total de 250ml quando chegou ao resultado do volume do cone.



Cálculo de Massa

Depois da determinação do volume de cada objeto, a massa dos mesmos foi calculada através da balança digital (foi considerada a massa da tinta azul presente em todos os sólidos estudados). &nbsp;

Densidade

Para a facilidade dos cálculos finais, a densidade de todos os objetos foram padronizadas para 0,5g/ml, já que a maioria não apresentou muita diferença de tal valor.

Resultados

Foram obtidos os seguintes resultados listados na tabela.

Conclusão

O cálculo de densidade das formas geométricas confirmaram a teoria através do cálculo volumétrico simplificado com instrumentos simples e convencionais ao experimento. Como todos os materiais estudados foram compósitos poliméricos, a granulação e as lacunas estruturais, e a maioria dos outros fatores, não foram consideradas pela exposição à expansão de gases contidos nas mesmas, e a retenção de umidade poderia ter variado a massa específica e o volume específico, consequentemente à variação densimétrica.

Com os dois cálculos, foi visível e clara a relação direta entre materiais sólido-sólido e líquido-sólido. Portanto, foi concluído que a manipulação correta de valores das grandezas físicas pôde resultar nas expectativas apresentadas nos objetivos. 

Além das noções químico-físicas adquiridas ao longo do experimento, foi possível visualizar a aplicação dos conceitos relacionados à densidade e os valores dos materiais na indústria e no cotidiano.

Bibliografia


Silveira, Fernando Lang da. Variação da densidade da água com a pressão. Disponível em: &lt;http://www.if.ufrgs.br/cref/?area=questions&amp;id=103&gt;


Callister, William D., Jr. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. Tradução Sérgio Murilo Stamile Soares. 7ed. - Rio de Janeiro : LTC, 2012


Thermodynamique chimique da Universidade de Laval no Canadá. Densidade do ar em função da temperatura e da pressão. Disponível em: &lt;http://pt.wikibooks.org/wiki/Curso_de_termodin%C3%A2mica/Tabelas:_densidade_do_ar&gt;


Luthier, Eduardo. Celuthier. Madeiras. Disponível em:


&lt;http://www.celuthier.com.br/index.php?option=com_content&amp;view=article&amp;id=14&amp;Itemid=17&gt;


Peruzzo, Francisco M.; Canto, Eduardo Leito do,. Química na Abordagem do cotidiano. Química Geral e Inorgânica. v.1. Editora Moderna.