Identificação de Substâncias Através da sua Densidade Relativa

1. Introdução

No âmbito da disciplina de Físico-Química, foi-nos solicitada a execução de uma actividade prático-laboratorial que tinha por base a identificação de substâncias recorrendo ao método do picnómetro e através do cálculo da densidade relativa das substâncias dadas (uma sólida e outra líquida).

1.1. Introdução teórica:

Cada substância é caracterizada por um conjunto de propriedades físicas e químicas, como a densidade, a temperatura de fusão, a temperatura de ebulição, etc. que são chamadas constantes físicas e que permitem identificar e reconhecer cada substância por entre outras, funcionando como o seu «bilhete de identidade».

A determinação das constantes físicas de uma amostra de substância poderá, pois, servir para identificar essa substância e avaliar o seu grau de pureza.

A densidade ou massa volúmica de uma substância é a massa existente em cada unidade de volume dessa substância. Representa-se pela letra grega ρ (lê-se ró), e o seu valor obtém-se pelo quociente entre a massa de uma amostra da substância em estudo e o seu respectivo volume. A densidade resolve-se pela seguinte fórmula:

ρ = m/V

Mudanças de estado originam mudanças na densidade de uma dada substância, o que nos permite afirmar que a densidade de um mesmo material depende da temperatura.

A unidade SI de densidade é o kg m-3. Usualmente, as densidades de sólidos e de líquidos exprimem-se em unidades diferentes da unidade SI, que são: g cm-3 e kg dm-3.

Contudo, como apenas recorremos à densidade relativa e não, ao cálculo das três principais constantes físicas (densidade, temperatura de fusão e temperatura de ebulição), não nos foi possível determinar e avaliar o grau de pureza das substâncias dadas (vidro e o álcool etílico).

2. Objectivos

. Determinar a densidade relativa de uma substância sólida usando o picnómetro de sólidos;

. Determinar a densidade relativa de uma substância líquida usando o picnómetro de líquidos;

. Identificar as substâncias dadas, pela análise dos resultados obtidos.

3. Material

Listagem do material utilizado aquando da actividade prático-laboratorial:

Substância sólida:

. Amostra de um sólido insolúvel (berlinde – constituído essencialmente por vidro e pequenas quantidades de impurezas);

. Balança analítica para pesagem de massas;

. Picnómetro de sólidos;

. Garrafa de esguicho com água desionizada (ou destilada);

. Proveta graduada.

Substância líquida:

. Amostra do líquido a analisar (líquido volátil – álcool etílico);

. Balança analítica para pesagem de massas;

. Picnómetro de líquidos;

. Garrafa de esguicho com água desionizada (ou destilada).

4. Procedimento experimental

Técnica de determinação da densidade de um sólido insolúvel usando o picnómetro:

1. Começou-se por determinar a massa da amostra sólida cuja densidade se quer determinar: m.

2. Em seguida, encheu-se o picnómetro com água desionizada (ou destilada), e evitou-se a formação de bolhas de ar.

3. Depois, colocou-se no prato da balança, depois de esta ser calibrada de modo a não induzir em erro, o picnómetro cheio com água ao lado do sólido (massa m) e determinou-se a massa, M, do conjunto;

4. Seguidamente, colocou-se a amostra sólida no picnómetro, e completou-se o volume com água até ao traço;

5. Mediu-se a massa, M´, do picnómetro com água e com o respectivo sólido;

6. Calculou-se a massa, m´, da água deslocada pelo sólido:

m´ = M – M´

7. Por fim, determinou-se a densidade relativa do corpo, atendendo a que a água deslocada tem o mesmo volume da amostra sólida:

d = m/m´

Técnica de determinação da densidade de um líquido usando o picnómetro:

1. Primeiramente, determinou-se a massa, m, do picnómetro quando vazio (e seco). Registou-se o seu valor;

2. Em seguida, encheu-se o picnómetro com o líquido em estudo (líquido volátil);

3. Posteriormente, mediu-se a massa, M, do picnómetro quando completamente cheio de líquido. Registou-se o valor;

4. Depois, encheu-se novamente o mesmo picnómetro (seco), mas desta vez com água;

5. Mediu-se a massa, M´, do picnómetro quando cheio de água. Registou-se o seu valor;

6. Concluiu-se, calculando-se a densidade relativa do líquido, tendo em conta que:

d = M – m/M´ - m

5. Apresentação dos resultados e Cálculos

Determinação da densidade de uma amostra sólida:

Berlinde:

. Massa do sólido = m = 0,00482 kg = 4,82 g

. Massa do picnómetro cheio de água e do sólido = M = 85,59 g

. Massa do picnómetro com água e sólido = M´ = 83,65 g

. Massa da água deslocada pelo sólido:

m´ = M – M´ «=» m´ = 85,59 g – 83,65 g «=» m´ = 1,94 g

. Densidade relativa:

d = m/m´ «=» d = 4, 82 g/1, 94 g «=» d = 2, 48 g/dm³

Álcool etílico:

. Massa do picnómetro vazio = m = 14,59 g

. Massa do picnómetro cheio de líquido em estudo = M = 38,57 g

. Massa do picnómetro cheio de água = M´ = 44,25 g

. Densidade relativa:

d = (M – m)/(M´ – m) «=» d = (38,57 g – 14,59 g)/(44,25 g – 14,59 g) «=» d = 23,98 g/29,66 g «=» d = 0,80 g/dm³

6. Discussão dos resultados e Conclusões

Após a conclusão da experiência podemos afirmar que os resultados obtidos foram bastante satisfatórios, contudo não foram exactamente de encontro com os referidos valores tabelados, devido a vários factores (referidos seguidamente). Apesar disso, a execução da actividade prático-laboratorial também teve uma vertente positiva, pois permitiu-nos, por exemplo, entender que cada substância tem os seus próprios valores de densidade relativa, sendo por isso uma característica exacta e distinta de cada substância.

Observações:

Os valores que o nosso grupo obteve, não estão totalmente de acordo com os valores tabelados na tabela devido ao facto de as substâncias utilizadas nesta actividade experimental não se encontrarem no seu “normal” grau de pureza (por exemplo, o berlinde continha uma certa quantidade de purezas no seu interior).

Outro caso podia ter sido o facto de a actividade experimental ter sido feita com água a uma temperatura diferente de 4º C, o valor necessário para que os resultados fossem mais precisos. Também poderia ter sido a interferência resultante da presença de pequenas gotículas de água no interior do picnómetro, que poderia ter oscilado o valor da densidade relativa.

Contudo, mesmo com estas limitações, podemos afirmar que os resultados obtidos foram bastante satisfatórios.

Questões pós-laboratoriais:

Tabela com as densidades relativas de algumas substâncias em relação à água a 4o C:

Compara os resultados obtidos com os tabelados. O que podes concluir acerca dos mesmos?

R: Através da análise da tabela e dos resultados obtidos anteriormente com o cálculo da densidade relativa das duas amostras (uma sólida e outra líquida), podemos afirmar que a primeira, com uma densidade relativa de cerca de 2,48 g/dm³ diz respeito ao vidro (valor tabelado – 2,4 a 2,6) já que a substância em estudo, o berlinde, era constituído essencialmente por vidro, e também por pequenas quantidades de impurezas no seu interior, o que dá a entender que a substância em estudo não era totalmente pura. Contudo, essas impurezas pouco ou nada alteraram o valor da densidade relativa obtido.

Em relação à segunda amostra (líquida), com uma densidade relativa de cerca de 0,80 g/dm³, e através da análise da tabela, podemos afirmar que se trata do elemento álcool etílico, uma vez que o valor da densidade da referida amostra (0,80) se aproxima do valor tabelado (0,79).

A presença de bolhas de ar no picnómetro introduz erros experimentais. Serão aleatórios ou sistemáticos?

R: A presença de bolhas de ar no picnómetro introduz erros aleatórios, uma vez que não são regulares, isto é, oscilam aleatoriamente para um lado e para outro do valor da grandeza (são imprevisíveis e surgem ocasionalmente), sendo por isso difíceis de eliminar, mas podem ser atenuados.

Se o picnómetro não estivesse bem seco irias obter uma densidade relativa igual, inferior ou superior ao esperado?

R: Se o picnómetro não estivesse bem seco a densidade relativa obtida seria superior ao esperado, uma vez que as gotículas de água presentes no picnómetro poderiam interferir no resultado final, pois como a densidade relativa depende da massa, o picnómetro ao ser pesado iria ser obtido um valor acima do esperado.

7. Referências bibliográficas

http://pt.wikipedia.org/wiki/Densidade

http://www.infopedia.pt/$densidade-relativa

http://www.esb.ucp.pt/twt5/motor/display_texto.asp?pagina=determinacaodadensidadedeumliquido200310156458638&bd=cec

Dantas, M. C.; Ramalho, M. D. (2008) Jogo de Partículas A (1ª Ed.). Lisboa: Texto Editores.

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