Relatorio 01-FQ2

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

CENTRO UNIVERSITÁRIO DO NORTE DO ESPIRÍTO SANTO

DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS NATURAIS

ENGENHARIA QUÍMICA

CAMILA CAROLYNE DE OLIVEIRA SANTOS

FREDERICO KROHLING MAYER

JULIO PANSIERE ZAVARISE

RELATÓRIO Nº 1

EXPERIMENTO 02 : DENSIDADE RELATIVA DE LÍQUIDOS: MÉTODO DO

PICNÔMETRO

SÃO MATEUS-2015

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Resumo

Neste trabalho determinou-se as densidades de dois líquidos, hexano e

tert-butanol, e de dois sólidos, Chumbo e prego, com o auxílio do instrumento

de medição que mantém o volume de fluidos invariável, o picnômetro, que

também teve seu volume calibrado neste experimento.

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1. Introdução

A matéria está definida, normalmente, nos estados sólido, líquido e

gasoso. Os quais diferem, principalmente por propriedades físicas tais como:

volume, número de mols, pressão, temperatura e densidade. Esta última pode

sozinha ser responsável por essa distinção, pois geralmente a densidade

decresce quando a matéria passa do sólido para o líquido e do líquido para o

gasoso.

A densidade específica é uma propriedade intensiva, isto é, não depende

da quantidade de matéria analisada¹, que define a quantidade de massa de

uma substância contida por unidade de volume de uma substância pura e

homogênea. A definição de densidade é expressada pela equação 1 ,

apresentada abaixo¹:

Onde:

ρ é a densidade;

m é a massa da substância;

V é o volume da substância.

Caso a substância não possua essas características, a equação 1

representa a densidade média de um corpo ou de uma substância.

A densidade relativa é definida pela razão entre as densidades absolutas

de dois compostos:

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Onde:

Ρ(i,j) é a densidade relativa da substância i em relação à j;

Ρ(i) é a densidade absoluta da substância i;

Ρ(j) é a densidade absoluta da substância j.

Normalmente é escolhida a água como padrão para ρj, pois é abundante

e sua densidade é 1Kg.m-³ para a temperatura ambiente de 25ºC.

Existem alguns métodos para se determinar a densidade de algum

material como o método do densímetro e o método da picnometria. Este último

consiste, basicamente, em comparar uma grandeza com um padrão para esta

grandeza. Uma balança aferida determina a massa do objeto sob estudo “em

relação” ou “relativa” a massa padrão. Com um picnômetro, determinam-se

densidades relativas a um líquido padrão.

O picnômetro é um frasco de volume fixo de baixo coeficiente de

dilatação (volume constante), provido de um orifício capilar longitudinal. Para

determinar-se a densidade de um líquido, calibra-se o volume da vidraria da

figura 1, toma-se sua massa quando está seco e, a partir de massas aferidas

em balanças de precisão com líquidos de densidades desconhecidas, faz- se

uso da equação 1 ou 2 e obtém-se os resultados. No caso da determinação da

densidade de um sólido, o seu volume é obtido da diferença entre o volume do

picnômetro cheio de um líquido padrão (geralmente água) e o volume do

picnômetro com o sólido acrescido de água.

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Figura 1: Picnômetros

A relação dos valores de temperatura com a densidades absolutas da

água, estão representadas na tabela 1 disposta abaixo:

Tabela 1. Densidade absoluta da água em diferentes temperaturas.²

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2. Materiais e Métodos

Materiais: Balança analítica, picnômetro com termômetro de 25 mL,

amostra de chumbo e uma amostra de prego.

Reagentes: água destilada, álcool terc-butanol e hexano.

Procedimento:

Parte A- Calibração do volume do picnômetro

Primeiramente pesou-se, utilizando um papel para carregar, o

picnômetro na balança analítica, e sua massa foi anotada. O picnômetro foi

enchido completamente com água destilada, de forma que ao colocar o

termômetro a água escorresse por ele. Após realizar o procedimento descrito,

o picnômetro foi seco externamente e foram medidas a temperatura da água

contida e a massa do picnômetro mais água, na balança analítica.

Parte B- Medidas das densidades de líquidos

Para a análise da densidade do hexano e o álcool tert-butanol, o

picnômetro foi primeiramente lavado com uma solução de éter, após isso foi

lavado três vezes com o líquido a ser determinado a densidade para remoção

de resíduos de agua. Depois da lavagem, encheu-se o picnômetro

completamente com o líquido, de maneira que não houvessem bolhas, e

colocou-se a tampa para que o líquido em excesso escorresse pela parte

externa do picnômetro, que posteriormente foi seco. Observou-se a

temperatura do líquido contido, e promoveu-se banho ou resfriamento, quando

necessário, de forma a se obter a mesma temperatura do procedimento A de

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calibração do picnômetro. Com o picnômetro repleto com o líquido foram

realizadas três pesagens, retirando o picnômetro da balança a cada pesagem.

Parte C- Medidas das densidades de sólidos

Inicialmente uma das amostras sólidas foi pesada, depois foi adicionada

ao picnômetro previamente lavado com álcool. A massa do picnômetro mais

amostra também foi medida. Encheu-se o picnômetro até a metade com água

destilada e observou-se se havia presença de bolhas, depois o picnômetro foi

completado com água destilada, foi tampado e da mesma maneira que nos

procedimentos anteriores, o excesso externo foi enxugado. Observou-se a

temperatura e promoveu-se banho ou resfriamento, quando necessário, de

forma a se obter a mesma temperatura os procedimentos anteriores. Realizou-

se com o picnômetro contendo água e a amostra três pesagens. O mesmo

procedimento foi realizado para outra amostra.

3. Resultados e Discussão

Parte A –Calibração do volume do picnômetro

As massas obtidas na tomada de massa do picnômetro vazio, e do

picnômetro e os resultados obtidos estão apresentadas na tabela 2,

apresentada abaixo:

Tabela 2.Resultados obtidos referentes às tomadas de massa do picnômetro.

Grandeza Resultado

Massa picnômetro vazio 34,2071g

Massa picnômetro + água(M1) 61,4197g



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Equação 3.Média aritmética das aferições de massa.

Mmédia =

Utilizando a equação 3 e substituindo os resultados das tomadas de

massa M1,M2 e M3, obteve-se o a massa massa média do picnômetro com

água (Mmédia pic. + água).:

Mmédia pic. + água =

Mmédia pic. + água =

A temperatura da água medida foi de 25°C; pela tabela 1 de densidades

absoluta da água, logo tem-se que a densidade da água é 0,997044 g.cm-3.

Com os dados acima expostos calcula-se o volume do picnômetro

através do desenvolvimento da equação 1 :

Equação 1. Densidade absoluta.

Desenvolvendo a relação , para explicitar o volume a ser calculado do

picnômetro:

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Substituindo os valores da massa média encontrada a partir das três

tomadas de massa realizadas e da densidade absoluta da água na temperatura

T = 25º C obteve-se o volume do picnômetro:

Parte B -Determinação das densidades de líquidos

Com as massas medidas no procedimento do picnômetro com o hexano

e com butanol e considerando o volume do picnômetro calculado na parte A,

calcula-se o as densidades do hexano e do terc-butanol . As tomadas de

massa do picnômetro repleto com cada líquido foram realizadas em triplicata e

as aferições , bem como os resultados, encontram-se organizados na tabela 3

diposta abaixo :

Tabela 3.Resultados das tomadas de massas referentes aos líquidos.

Grandeza Resultado (Hexano) Resultado (Terc-

butanol)

Massa do picnômetro(vazio) 34,2071 g 34,2071 g

Massa(picnômetro+líquido) (M1) 52,0886 g 55,4202 g

Massa(picnômetro+líquido) (M2) 52,0950 g 55,4189 g

Massa(picnômetro+líquido)(M3) 52,0690 g 55,4166 g

Massa(picnômetro+líquido)(Mmédia) 52,0842 g 55,4186 g

Volume de líquido 27,2842 cm³ 27,2842 cm³

Densidade absolutas 0,6552 g/cm³ 0,7774 g/cm³

Densidade relativa dos líquidos 0,6571 0,7797

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Densidade do hexano(C6H14) :

Fazendo uso da equação 1, e inserindo a média das tomadas de massa

do hexano Mmédia=52,0842 g e o volume do picnômetro Vpic.=27,2842 cm³ :

Desta maneira, obtém-se que a densidade absoluta do hexano é :

ρ(C6H14)=0,6552 g.cm-³

O cálculo da densidade relativa pode ser feito através da equação 2 que

segue :

Equação 2. Densidade relativa de líquidos.

ρ (líquido,H20 ) =

Fazendo uso da equação 2 e substituindo os valores encontrados na

tabela 2 e na tabela 1, obteve-se a densidade relativa do hexano :

ρ (hexano,H20 ) =

ρ (hexano,H20 ) = 0,6571

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Densidade do terc-butanol(C4H9OH):

Repetindo o procedimento de forma analóga ao anterior , temos que a

partir da massa média obtida através das tomadas de massa , Mmédia=55,4186

g e volume do picnômetro Vpic.=27,2842 cm³, então:

Logo obtém-se que a densidade absoluta do terc-butanol é :

ρ(C4H9OH )=0,7774 g.cm _3


tabela 3 e na tabela 1, obteve-se a densidade relativa do terc-butanol :

ρ (t-butanol,H20 ) =

ρ (t-butanol,H20 ) = 0,7797

Parte C- Medidas das densidades de sólidos.

A massa do picnômetro + amostra de chumbo + água foi determinada

pela média entre as tomadas de massa realizadas, denotadas por M1, M2, M3 ,

a partir das quais calcula-se a massa média Mmédia pela média aritmética dos

valores obtidos através da equação 3, apresentada abaixo :

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Equação 3 –Média aritmética das aferições de massa.

Mmédia =

Os resultados obtidos para a determinação da densidade de sólidos

encontram-se na tabela 4, apresentada abaixo :

Tabela 4.Resultados referentes à determinação da densidade de sólidos.

Grandeza Resultado(Chumbo) Resultado(Prego)

Massa do picnômetro(vazio) 34,2071 g 34,2071 g

Massa(picnômetro+ amostra) 35,2116 g 34,7816 g

Massa da amostra 1,0045 g 0,5745 g

Massa(picnômetro+amostra+água) 62,2985 g 61,9010 g

Massa da água 27,0869 g 27,1194 g

Volume da água 27,1672 cm³ 27,1998 cm³

Volume da amostra 0,1170 cm³ 0,0846 cm³

Densidade absoluta da amostra 8,5855 g.cm-3 6,7908 g.cm-3

Densidade relativa da amostra 8,6109 6,8109

Densidade do Chumbo:

Os dados obtidos para as tomadas de massa e o massa média obtida

foram calculados estão apresentados na tabela 5 , disposta abaixo :

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Tabela 5. Resultados das tomadas de massa referentes ao chumbo.

Grandeza Resultado


Massa picnômetro + água(M1) 62,3076 g



Massa picnômetro + água(Mmédia) 62,2985 g

Fazendo uso da relação , podemos calcular a massa média Mmédia do

conjunto picnômetro +água + amostra de Chumbo :

Mmédia Chumbo=

Mmédia Chumbo+ água =62,2985 g

Para calcular o volume da amostra utiliza-se a equação 4 , e a seguir

calcula-se o volume de água contido no picnômetro pela massa de água. A

partir do volume de água encontrado , faz-se a diferença entre o volume do

picnômetro e o volume da água contida para encontrar o volume da amostra:

³

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Para calcular a densidade absoluta do Chumbo , faz-se uso da equação

1 e substituindo os valores da tabela 4 :

O cálculo da densidade relativa pode ser feito através da relação que

segue :

Equação 2 . Densidade relativa de sólidos.

ρ (sólidoH20 ) =


tabela 4 e 1 , obteve-se a densidade relativa do chumbo:

ρ (chumbo,H20 ) =

ρ (chumbo,H20 ) = 8,6109

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Densidade do prego:

Os resultados obtidos para a determinação da densidade do prego

encontram-se abaixo organizados na tabela 6 :

Tabela 6. Resultados referentes ao prego .

Grandeza Resultado





Massa picnômetro + água (Mmédia) 61,9010 g

A massa do picnômetro + amostra de prego + água da tabela 1 foi

determinada pela média aritmética entre as as 3 tomadas de massa e a partir

da equação 3, podemos calcular a massa média Mmédia :

Mmédia=

Mmédia prego+ água = 61,9010 g

Para calcular o volume do prego utiliza-se a equação 4 , e procede-se de

maneira analóga a determinação do volume da amostra de chumbo:

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Para calcular a densidade absoluta do prego , utiliza-se a equação 1 e

substituindo os valores da tabela 4 :

De maneira análoga ao chumbo o cálculo da densidade relativa do prego

pode ser feito através da equação 2 ,assim utilizando dados das tabela 1 e 4 :

ρ (prego,H20 ) =

ρ (prego,H20 ) = 6,8109

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Discussões:

Os resultados obtidos para os líquidos foram tabelados e organizados na

tabela 7, os quais apresentam-se abaixo :

Tabela 7.-Densidade absoluta e relativa das substâncias líquidas.

Substância Densidade Absoluta(g.cm-3) Densidade Relativa

Hexano 0,6552 g,cm-³ 0,6571

Terc-Butanol 0,7774 g.cm-³ 0,7797

Na literatura especializada encontra-se que a densidade absoluta do

hexano (C6H14) é : ρ(C6H14 )=0,6590 g.cm-3 a 25 °C . A densidade absoluta

obtida para o hexano (mostrada acima na tabela 7 ) corresponde a ρ(C6H14

)=0,6552 g.cm-³ a 25º C. Em relação, ao terc-butanol (C4H9OH), temos na

literatura que ρ(C4H9OH) = 0,7809 g/cm³. A densidade obtida para o terc-butanol

(como consta na tabela 7 ) é ρ(C4H9OH)=0,7774 g.cm-³ .

A diferença observada entre a densidade absoluta teórica e a densidade

obtida através das medições pode ser atribuída a alta volatilidade dos líquidos (

hexano e terc-butanol) que provavelmente evaporaram em pequenas

quantidades durante as tomadas de massa; ocasionando assim uma inexatidão

na tomada de massa , que por sua vez, gerou um erro negativo em

comparação às aferições de massa esperadas.

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Além do fator citado acima , deve-se considerar que houve uma pequena

oscilação na temperatura do líquido contido no picnômetro, o quê pode ter

contribuído para a variação do volume no picnômetro. A grosso modo , sabe-se

que o volume é proporcional à temperatura, pois, definindo temperatura como o

grau de agitação térmica das moléculas, o volume ocupado pelo líquido a uma

temperatura será maior do que àquele ocupado pela mesma quantidade numa

temperatura menor ; isto é, assume-se que a agitação das moléculas na fase

líquida resultam em uma dilatação do volume, como resultado do aumento da

agitação e distância média entre as móleculas.

Dessa maneira , tendo em vista que tanto a densidades absolutasdo

hexano tanto como a densidade do terc-butanol obtidas foram menores do que

as densidade teóricas na temperatura de medição e como a densidade é

inversamente proporcional ao volume, podemos deduzir que, possivelmente,

houve uma variação positiva de volume, e somado a um possível desvio

negativo nas tomadas de massa, tem-se um conjunto de fatores que justificam

as discrepâncias observadas entre as densidades obtidas e as densidades

teóricas.

Tabela 8. Densidade absoluta e relativa das substâncias sólidas.

Substância Densidade Absoluta(g.cm-3) Densidade Relativa

Chumbo 8,5855 g.cm-3 8,6109

Prego 6,7908 g.cm-3 6,8109

A densidade absoluta do chumbo encontrada em livros de referência é

igual a ρ(Pb)= 11,34 g.cm-³ , enquanto a densidade obtida é igual a 8,5855 g.cm-

Em relação ao prego, podemos considerar que o prego utilizado na medição é

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feito de aço (uma liga formada essencialmente por ferro e carbono em menor

quantidade), obteve-se como densidade 6,7908 g.cm-³.

Ao realizar a tomada de massa dos sólidos (chumbo e prego), podemos

listar alguns fatores que podem ter afetado a acurácia da determinação da

densidade dos sólidos. Dentre eles, pode-se citar a temperatura , que devido

às flutuações provavelmente ocorridas durante o procedimento , podem ter

afetado as aferições de massa dos sólidos de maneira semelhante a o caso

dos líquidos (como explicado acima); visto que a densidade encontrada para o

chumbo, não pode ser usada para caracterizar a substância em questão.

Além do fator acima discutido, pode-se acrescentar como fonte de erros

nos procedimentos de tomadas de massa, a incerteza da aferição de massa,

que devido a pequenas oscilações na estabilidade da balança durante o

procedimento pode ter ocasionado erros sistemáticos nas tomadas de massa

das amostras sólidas e do picnômetro. Ainda pode-se analisar como uma fonte

de incerteza, as impurezas contidas nos materiais analisados, e a presença de

bolhas aderidas à parede interna do picnômetro, que provavelmente afetaram

as aferições de massa e colaboraram para inconsistência dos resultados.

Em relação ao prego, como temos poucas informações acerca do material

utilizado em sua composição, nota-se que numa primeira análise, que o valor

encontrado é pouco similar a densidade do aço (ρaço = 7,86 g.cm-3 )³ , que por

maior similaridade com o material do prego foi ser adotado como material de

referência para fins de comparação . Em razão da impossibilidade de descrever

a quantidade de cada metal presente na liga metálica que compõe o prego,

admite-se que a densidade encontrada para o prego é satisfatória.

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5.Conclusão

Após a realização do método do picnômetro obteve-se as densidades

absolutas/relativas dos líquidos (Hexano/Terc-butanol) e de sólidos

(Chumbo/prego), pode-se com base nos dados coletados e resultados obtidos ,

concluir que os resultados dos experimentos realizados, de uma forma geral,

foram medianamente satisfatórios.

Ao comparar as densidades obtidas com as densidades encontradas na

literatura, observa-se que a determinação das densidades absolutas/relativas

de ambos os líquidos foi satisfatória tendo em vista a pequena disparidade

entre os valores obtidos e valores esperados. Em relação a determinação da

densidade de sólidos, a densidade do chumbo apresentou pouca exatidão em

relação ao valor esperado e, portanto, não pode ser considerada satisfatória,

enquanto em relação a densidade do prego, a determinação foi satisfatória,

com base nos parâmetros de comparação adotados.

Como principais fontes de erros no experimento, cita-se as variações

positivas de temperatura, bem como algumas características inerentes aos

materiais, como impurezas possivelmente presentes nos sólidos, grande

volatilidade dos líquidos e ainda a acuidade nas tomadas de massa em cada

determinação.

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Bibliografia

1. ATKINS, P.W.; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a

vida moderna e o meio ambiente. 3.ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.

510 p.

2. CHEMKEYS. A Determinação da Densidade de Sólidos e Líquidos.

Dísponível em :< http://objetoseducacionais2.mec.gov.br/bitstream/han

dle/mec/11544/articleI.pdf?sequence=3>.Acesso em 02 set. 2015.

3. LABORATÓRIO DIDÁTICO. Institituto de Física da USP.Densidade de

metais e ligas metálicas.Disponível em :<http ://portal.if.usp.br/labdid/s

ites/portal.if.usp .br.labdid/files/densidade.pdf.> Acesso em 02 set. 2015.

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