Determinando a densidade de um sólido e um líquido

A densidade, definida como a massa de uma substância por unidade de volume, é uma propriedade física importante para caracterizar um material ou sistema químico.

Matematicamente, a densidade é calculada como a massa de uma substância pelo volume que ocupa. O símbolo grego "?" é normalmente usado para denotar densidade nas ciências físicas. Para obter a densidade de uma substância, sua massa e volume são determinados por medição.

Este vídeo apresentará os princípios da determinação da densidade, os procedimentos para calcular a densidade de substâncias sólidas e líquidas e algumas aplicações da densidade na pesquisa científica.

Toda matéria tem massa, e essa massa ocupa um volume específico.

No entanto, o volume de espaço ocupado pela mesma massa é diferente para diferentes substâncias, dependendo de suas respectivas densidades. Por exemplo, uma tonelada de tijolos tem a mesma massa que uma tonelada de penas, mas ocupa consideravelmente menos volume. A densidade é obtida dividindo a massa pelo volume. A massa pode ser medida com balanças ou balanças e é expressa em gramas ou quilogramas.

Por convenção, o volume de líquidos e gases é frequentemente expresso em unidades de litros ou mililitros, medidos com vidro. As dimensões dos sólidos de formato regular podem ser medidas diretamente com réguas ou paquímetros, que possuem unidades lineares, dando volumes em unidades como centímetros cúbicos. Um mililitro equivale a um centímetro cúbico.

As dimensões das amostras sólidas de formato irregular não podem ser facilmente medidas. Em vez disso, seus volumes podem ser determinados submergindo o sólido em um líquido. O volume do sólido submerso é igual ao volume do líquido deslocado.

Agora que você entende o conceito de densidade, vamos dar uma olhada em dois protocolos para determinar com precisão a densidade de um líquido e um sólido.

Para iniciar este procedimento, coloque um balão volumétrico de 50 mL limpo e seco em uma balança analítica. Depois que a medição se estabilizar, tarar a balança. O saldo deve ser zero. Use um funil para adicionar aproximadamente 45 mL de líquido ao frasco. Não encha até a marca de calibração. Use uma pipeta Pasteur para adicionar cuidadosamente os 5 mL finais de líquido, apenas até que o fundo do menisco do líquido toque a linha no frasco. Pesar novamente o balão e registar a massa do líquido. Repita as medições pelo menos duas vezes para obter valores adicionais para calcular uma densidade média. Os resultados são mostrados nesta tabela. A densidade média medida foi de 0,789 g/mL, coincidindo com o valor da literatura para etanol.

Para determinar a densidade de um sólido irregular em forma de pellet, adicione aproximadamente 40 mL de água a um cilindro graduado limpo e seco de 100 mL. Registre o volume exato. Coloque o cilindro em uma balança analítica e tara. Adicione aproximadamente 10 pellets e registre o novo volume após a adição. Pese o cilindro, a água e os pellets. A massa é apenas as pelotas, pois o resto foi alcatroado. Faça pelo menos dois conjuntos adicionais de medições de massa e volume para calcular um valor médio da densidade. A densidade de zinco foi medida para três amostras diferentes. Verificou-se que era de 6,3 g / mL. Observe que, como as medições foram feitas em um cilindro graduado, que é menos preciso que um balão volumétrico, a densidade tem menor grau de precisão.

Vejamos agora várias aplicações diferentes de densidade para diferentes campos de pesquisa científica.

A densidade é útil para identificar ou validar materiais puros, como elementos ou outras espécies de pureza conhecida. Por exemplo, como o ouro tem uma densidade maior do que muitos outros metais mais baratos, calcular a densidade de uma moeda de ouro é uma maneira rápida e barata de testar sua pureza. Se a densidade não corresponder à do ouro, a moeda não é pura. Aqui, descobriu-se que uma moeda de ouro tinha uma massa de 27,55 g e um volume de 1,84 cm3, dando uma densidade de 14,97 g/cm3, que é significativamente menor que a densidade do ouro de 19,3 g/cm3, indicando que a moeda não é feita de ouro puro.

As medições de densidade também podem ser usadas para identificar uma substância desconhecida se uma lista de possíveis densidades de referência estiver disponível e podem ser usadas para distinguir entre metais de aparência semelhante. Neste exemplo, o cientista está tentando identificar duas amostras de metal prateado brilhante, que podem ser alumínio ou zinco. Embora as duas amostras tenham a mesma massa, seus volumes são consideravelmente diferentes. As densidades foram determinadas em 2,7 e 7,1 g/cm3, respectivamente, confirmando suas identidades como alumínio e zinco.

Finalmente, as diferenças de densidade são úteis para separar componentes de uma mistura complexa. Em um método chamado centrifugação por gradiente de densidade, concentrações decrescentes de sacarose ou polímeros são colocadas em camadas para criar um gradiente. A amostra é então adicionada no topo. Esta mistura é então submetida a centrifugação ? a rotação da mistura em alta velocidade para gerar uma "força centrífuga" que levará à formação de um gradiente de concentração da molécula. Os componentes da mistura migrarão para um ponto ao longo desse gradiente com o qual sua densidade é comparável.

Neste exemplo, um tipo específico de gotículas lipídicas, ou pequenas gotas de moléculas de gordura, foi isolado das células. Uma mistura homogeneizada foi obtida pela primeira vez quebrando as células. Ao centrifugar a mistura em um gradiente de densidade de sacarose, as gotículas foram separadas com sucesso de outros componentes celulares feitos de lipídios, como as células? Membranas.?

Você acabou de assistir à introdução de JoVE, a determinação da densidade de um líquido e um sólido. Agora você deve entender massa, volume e densidade, além de ter uma boa ideia de como medir essas quantidades.

Obrigado por assistir!