Densimetria


CONCEITO BÁSICO


  Todas as substâncias possuem propriedades ,na qual são reconhecidas dentre as outras . Essas propriedades quando dependem do tamanho da amostra , como a sua massa e o seu volume são denominadas de ”propriedades extensivas”.

  A densidade de uma substância aumenta ou diminui dependendo a qual temperatura esta esteja. Quando determinamos a  densidade de uma substância , é necessário que registremos a temperatura do ensaio. Na medida da densidade das substâncias a água é utilizada como o padrão de referência para os líquidos e o hidrogênio é a referência para os gases.

  A densidade é uma propriedade intensiva da matéria, isto é, independe da quantidade de matéria presente. Exemplos: a densidade do ferro, água, ouro e acetona.

É comumente expressa em unidades de:

1) g/cm3 (gramas por centímetro cúbico) para sólidos

2) g/ml (gramas por mililitro)  para líquidos

3) g/l (gramas por litro ) para gases

A densidade é uma propriedade extensiva da matéria, isto é, depende do tamanho da amostra. Normalmente, uma substância quando é aquecida ou resfriada o seu volume aumenta ou diminui. Isto Significa que a sua densidade também muda, de forma que, para um trabalho preciso, deve-se informar a temperatura correspondente à densidade registrada.

Por exemplo, a 25Oc (temperatura ambiente) a densidade da água é de 0,9970 g/cm-3, enquanto a 35Oc a sua densidade é 0,9956 g/cm-3. Para a maioria dos propósitos podemos, entretanto, tomar a densidade da água como sendo igual a 1,0000 g/cm-3.


APLICAÇÕES DA TÉCNICA


Densidade de líquidos:

  Esta técnica , é muito utilizada nas indústrias para o controle de sua produção e matéria-prima.Normalmente existem especificações em todo o material utilizado para o processo de fabricação. Existem vários  cálculos de operação dos equipamentos industriais que utilizam a densidade do líquido que está em circulação.

  A densidade pode obtida  por uma forma direta, pesando-se  o volume do líquido escoado por uma pipeta para um recipiente colocado na balança.

Densidade de sólidos :

  É aplicado para a determinação do volume de objetos irregulares e para a determinação da densidade de metais , através de duas formas :

  1. deslocamento do líquido com o aumento do volume numa proveta graduada com precisão de 0,1 ml .Usa-se o princípio de Arquimedes.
  • medida do volume deslocado de um líquido para uma proveta.

 OBS: Através desta medida , calcula-se o volume do sólido de um sólido de forma iregular.

Densidade de um gás:

   É aplicada para determinar a pureza de um gás ou para a identificação deste.

Densidade aparente:

  Tem uma aplicação que determina o custo de um produto acabado, na qual estabelece-se uma relação custo / volume .Como exemplos, podemos o preço do transporte por tonelada de produto e o consumo de embalagens por toneladas de produto.

Peso específico:

  Aplica-se ,na maioria dos casos, na indústria de solventes , para realizar o controle de especificação, nas etapas de fabricação.


OS DIFERENTES TIPOS DE DENSÍMETROS


   Existem diferentes tipos de aparelhos que são usados para realizar a medida da densidade de uma amostra. Dentre eles podemos citar:

·  PICNÔMETRO: Frasco de vidro  volumétrico feito de vidro de borossilicato com capacidades variadas, geralmente de 10á 100 ml, provido de um termômetro.

·  DENSÍMETRO DIGITAL:Equipamento que nos fornece a leitura da densidade de uma substância, através  de um processo eletrônico.Por exemplo, podemos citar um aparelho que realiza a medição da densidade absoluta ou relativa de uma substância, através do uso um oscilador , tubo oco o qual é eletronicamente excitado por um movimento harmônico  , onde ocorrem a troca de freqüência natural de um tubo oco (a referência) e um tubo cheio com uma substância (líquidos ou gases).

·  DENSÍMETRO DE IMERSÃO:É um tubo de vidro, com uma haste graduada, selecionado  de acordo com a faixa de densidade do líquido a medir.


DIFERENTES MEDIDAS DE DENSIDADES





  Densidade aparente :

  Esta medida, é muito utilizada para a medição da densidade de materiais sólidos em forma de pós ou granulados.

  Esta medida  é definida como o quociente da divisão da massa do material pelo volume em mililitros que este material ocupa.

  O cálculo usado para a determinação é o seguinte:

DAP= massa da amostra(g) /  volume da proveta (ml)

  Obs: Numa medida de densidade de um líquido, que não necessitar de um grau de precisão, a densidade aparente poderá ser usada.

  Densidade absoluta :

  É definida como sendo a massa (peso no vácuo) de um ‘líquido por unidade de volume. Os resultados são expressos em gramas por centímetro cúbicos-  g/cm3.

  O cálculo usado para a determinação é o seguinte:

DA= massa da amostra(g) /  volume da proveta (cm3)

  Densidade relativa :

  É a relação entre a massa de um dado material e a massa de igual volume de água.

  A temperatura de referência para a amostra é de 20oC e para a água é de 4oC. O resultado é expresso como densidade 20oC / 4oC.

  O cálculo usado para a determinação é o seguinte:

DR= massa da amostra(g) /  massa da água(g) a 20oC (ml)

Densidade de um gás :

É definida como sendo a massa do gás dividida pel0 volume ocupado por este.

DGAS= massa da amostra(g) /  volume ocupado (ml)

Calcula-se também, o volume específico de um gás, o qual é o recíproco da densidade , pela seguinte fórmula:

VE= 1/ densidade do gás g/l)

Peso específico:

  É a razão entre a densidade relativa do material e a densidade da água à 20oC .

O cálculo usado para a determinação é o seguinte:


PE= [(massa da amostra(g) /  (massa da água(g)]  / peso específico da água a 20oC)).

APARELHAGENS

        Densidade aparente :

        Para a realização desta técnica , são necessários os seguintes materiais e aparelhos:

  1. uma proveta graduada de 250ml de plástico  
  2. uma balança com precisão de duas casas decimais.

        Densidade absoluta :

        Para a realização desta técnica , são necessários os seguintes materiais e aparelhos:

       1)  proveta graduada de 250ml ou picnômetro com a capacidade de 50ml

       2)  balança com precisão de duas casas decimais.ou uma balança analítica com precisão de 0,1mg

       3)  pipeta para o ajuste do volume do líquido na proveta ou no picnômetro

        Densidade relativa :

        Para a realização desta técnica , são necessários os seguintes materiais e aparelhos:

  1. picnômetro com capacidade de 10a 100 ml constituídos de vidro borossilicato com um peso total inferior a 30g.
  2.  banho aquecedor ou resfriador com variação de temperatura de mais ou menos 0,02 oC , com um suporte para o picnômetro.
  3. Termômetro de banho ASTM –12C ,com uma escala variando de –8 a + 32 oC
  4. Balança analítica com precisão de 0,1 mg
  5. pipeta para o ajuste do volume do líquido no picnômetro

Densidade de um gás:

  1. um recipiente para confinar o gás
  2. um termômetro para observar a temperatura
  3. um manômetro para medir a pressão interna do recipiente

         Peso específico:

        São utilizados os mesmos materiais da determinação da densidade relativa.


CUIDADOS COM OS MATERIAIS UTILIZADOS


  Devemos tomar os seguintes  cuidados básicos , dependendo do tipo de medição:

Densidade aparente :

  1. O interior da proveta deverá estar sem nenhum material estranho, e seca.
  2. O material analisador deverá ter partículas com tamanhos  uniformizados.
  3. Deverá seguir a metodologia rigorosamente , com relação à adição da amostra na proveta.
  4. Observar se a amostra está preenchendo o volume definido da proveta.
  5. O material não deverá ser colocado através da pressão sob sua superfície na proveta, ele deverá ser adicionado aos poucos com leves batidas na parede da proveta.
  6. Se tiver material em forma de pó, tomar o cuidado durante o manuseio , para que não seja aspirado.
  7. A balança analítica deverá estar calibrada com pesos padrões adequados á sua capacidade e zerada no momento da pesagem.

Densidade absoluta :

       1)   O interior da proveta deverá esta sem nenhum material estranho, e seca.

  • O material analisador deverá ter partículas com tamanhos  uniformizados.
  • Observar se a amostra está preenchendo o volume definido da proveta.
  • No caso da medição da densidade de líquidos voláteis ou corrosivos, utilizar uma proveta com tampa e manuseá-los numa capela de exaustão.
  • A balança analítica deverá estar calibrada com pesos padrões adequados á sua capacidade e zerada no momento da pesagem.

Densidade relativa :

  1. o picnômetro deverá estar limpo e seco, sem nenhum resíduo de materiais líquidos ou sólidos.
  2. O banho deverá estar com o controle de temperatura ajustado.
  3. O termômetro deverá estar limpo e seco.
  4. A balança analítica deverá estar calibrada com pesos padrões adequados á sua capacidade e zerada no momento da pesagem.
  5. A pipeta deverá estar limpa e seca

Densidade de um gás:

  1. O volume do  recipiente para confinar o gás deverá ser conhecido
  2. o termômetro para observar a temperatura deverá estar devidamente calibrado
  3. o manômetro para medir a pressão interna do recipiente deverá estar devidamente calibrado
  4. o tamanho do recipiente que irá conter o gás, é importante para a medida da densidade de um gás. Uma mesma massa de gás , poderá ter valores de densidades diferentes devido à compressão das moléculas deste.

      Peso específico:

      Deverá ter os mesmos cuidados exigidos na determinação da densidade relativa.


EXEMPLO DE UMA  APLICAÇÃO DA DENSIMETRIA

 Como exemplo, citaremos a medida da densidade de um líquido puro e soluções deste líquido.No exemplo, trabalharemos com o etanol puro e a água.Os valores de densidade usados neste exemplo, são valores apenas ilustrativos , ou seja, não representam os valores reais das densidades.

PROCEDIMENTOS:

1) Selecione os seguintes materiais: uma balança eletrônica com precisão de  0,1 mg , uma proveta graduada de 10 ml  e uma pipeta graduada de 10ml.

2) Tare a proveta graduada de 10 ml e anote a sua massa. (M-T)

3) Determine a densidade do Etanol puro : transfira 10 ml do etanol para a proveta de 10 ml até a marca na escala correspondente ao volume. Obtenha a massa da proveta + etanol puro .M-T+ETOH ( METOH )

Massa do etanol= 7,8000g.

4) Determine a densidade da água : transfira 10 ml da água  para a proveta de 10 ml até a marca na escala correspondente ao volume. Obtenha a massa da proveta + etanol puro .M-T+água ( MAGUA)

Massa da água= 10,0000g.

5) Prepare uma solução 80/20 etanol- água , adicionando exatamente  8 ml de etanol na proveta e completando o volume com água para exatamente 10 ml. Obtenha a massa da proveta + etanol puro+água .M-T+ETOH+água ( MP-1 )

Massa do padrão-1 = 8,3500g.

6) Prepare uma solução 50/50 etanol- água , adicionando exatamente  5 ml de etanol na proveta e completando o volume com água para exatamente 10 ml. Obtenha a massa da proveta + etanol puro+água .M-T+ETOH+água ( MP-2 )

Massa do padrão-2 = 9,2000g.

7) Prepare uma solução 30/70 etanol- água , adicionando exatamente  3 ml de etanol na proveta e completando o volume com água para exatamente 10 ml. Obtenha a massa da proveta + etanol puro+água .M-T+ETOH+água ( MP-3 )

Massa do padrão-3 = 9,8000g.

8) Descarte todas as soluções e o etanol puro, num recipiente com tampa.

9) Com os valores das massas e volumes medidos, determine a densidade do etanol, da água e das soluções preparadas.

10) Construa um gráfico plotando os valores de densidade (y) versus o % de etanol de cada um.A densidade das soluções deverá diminuir com o aumento da quantidade de água nos padrões.

CÁLCULO DAS DENSIDADES:

Densidade do Etanol puro:  d= 7,8000/10 = 0,7800 g/ml

Densidade da água pura:    d= 10,0000/10 = 1,0000 g/ml

Densidade do padrão-1 80/20 etanol/água   d= 8,3500/10 = 0,8350 g/ml

Densidade do padrão-2 50/50 etanol/água   d= 9,2000/10 = 0,9200 g/ml

Densidade do padrão-3 30/70 etanol/água      d= 9,8000/10 = 0,9800 g/ml

Obs: os valores das densidades acima, são valores fictícios , ou seja, servem apenas para demonstração

da elaboração de uma curva de calibração.


GRÁFICO DENSIDADE VERSUS CONCENTRAÇÃO DE ETANOL:


EQUAÇÃO PARA CÁLCULO DA CONCENTRAÇÃO DE ETANOL:

A equação para a determinação da concentração de etanol em soluções aquosas será a seguinte:

  %etanol= [-350,36.dens(X)] + 372,88

Onde: dens. = leitura da densidade da solução em g/ml.

Exemplo:  para uma amostra com a densidade de 0,8500 g/ml.

%etanol= [-350,36.dens(X)] + 372,88

%etanol= [-350,36.0,8500] + 372,88

%etanol= [-297,806] + 372,88

%etanol= 75,07

TABELA DE CONVERSÃO DE UNIDADES DE DENSIDADE


BIBLIOGRAFIA

QUÍMICA GERAL

Autor(ES) James E. Brady , Gerard E. Humiston

Editora Livros Técnicos e Científicos Editoa S.A, 2ª Edição , Ano 1986, Vol.1

FUNDAMENTOS DE FÍSICO-QUÍMICA

CastelLan,G

Editora Livros Técnicos e Científicos Editoa S.A , Ano 1986

FÍSICO -QUÍMICA

Atkins,P.W. , Paula J.

Editora Livros Técnicos e Científicos Editoa S.A , Ano 2004 , VOL-1,2 e 3