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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 ...........................................................................................................................
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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.
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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
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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.
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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.
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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;
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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
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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
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(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.
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MASSA DO VIDRO DE RELÓGIO: 20,18g
MASSA DAS ESFERAS DE CHUMBO:
Ensaio Massa m
(g)
Desvio em relação ao valor médio
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)
Desvio em relação ao valor médio
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
Valor médio 52,04 Incerteza Absoluta = 0,00 Tabela 3
Margem de Erro: 52,04 g 0,00 g
Incerteza Relativa = %010004,52
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.
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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)
Desvio em relação ao valor médio
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
Valor médio 13,57 Incerteza Absoluta = 0,00 Tabela 4
Margem de Erro: 13,57 g 0,00 g
Incerteza Relativa = %010057,13
00,0
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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)
Desvio em relação ao valor médio
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
Valor médio 34,85 Incerteza Absoluta = 0,00 Tabela 5
Margem de Erro: 34,85 g 0,00 g
Incerteza Relativa = %010085,34
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.
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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.
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MACIEL, Noémia et alli, Eu e a Química Física e Química A Química 10.ºano, s.l.,
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NOTA PROCESSUAL: _______________
OBSERVAÇÕES:
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