Determinação da Densidade de Metais Elementares

As propriedades físicas características de uma determinada substância podem ser utilizadas para extrair informações sobre sua constituição. Essas propriedades podem ser estabelecidas por:

• Ponto de fusão
• Ponto de ebulição
• Densidade da matéria

Cada substância possui valores estabelecidos em relação a cada propriedade e são totalmente independentes da quantidade de substância. Nesse caso são chamadas de propriedades intensivas. É matematicamente possível obter a densidade de uma substância através da divisão entre dois valores, com um cálculo que leve em consideração a razão de sua massa por unidade de volume.

A razão é constante em uma temperatura qualquer, não importando o fato de que existe uma dependência da massa e do volume em relação a uma quantidade das substâncias.

Veja a fórmula: d = m/v
Nesse caso d é densidade, m é massa e v é volume.

A relação entre a massa e o volume de dada substância é representado pelo termo “densidade”. A fórmula se dá da seguinte forma: quando um corpo possui uma densidade elevada, consequentemente sua massa por unidade de volume também será elevada. Dessa forma, o aumento da primeira leva invariavelmente o aumento da segunda.

A representação da densidade na Química varia de acordo com os estados da matéria. Quando se trata de estados sólidos, ela é representada por gramas por centímetros cúbicos (g/cm3), e quando se trata de estados líquidos, é representada por gramas por mililitros (g/mL). Usamos uma temperatura de 20° nessa determinação. A temperatura faz toda a diferença aqui, pois o volume da substância pode mudar de acordo com ela, e, consequentemente, a sua densidade também seria alterada.

Experimento com materiais e reagentes

Vamos considerar um experimento para determinar a densidade de alguns metais. Observe algumas amostras de metais seguido de sua densidade (g/mL):

• Alumínio (Al) – 2,70
• Chumbo (Pb) – 11,30
• Cobre (Cu) – 8,92
• Estanho (Sn) – 7,29
• Ferro (Fe) – 7,86
• Zinco (Zn) – 7,13

Na realização desse experimento foram utilizados os mais variados objetos com materiais distintos. O objetivo é estabelecer a densidade de três metais: alumínio, ferro e cobre. Os objetos usados no experimento foram:

• Vidro de relógio
• Balança analítica
• Parafuso de alumínio
• Fio de cobre
• Bureta de 50 mL
• Béquer de 50 mL
• Frasco lavador
• Água destilada
• Pregos de ferro

O procedimento experimental foi realizado seguindo esses passos:

• As amostras foram pesadas uma a uma na balança analítica. O vidro do relógio foi utilizado como base para as amostras.
• A balança foi tarada antes, de maneira que eliminasse a massa do vidro do relógio para que ela não alterasse o peso real de cada amostra
• A massa foi anotada com uma precisão de 0,01 g.
• Mais ou menos metade de uma bureta de 50 mL foi preenchida com água.
• A precisão de cada volume foi de 0.01 mL.
• Em cada bureta previamente preparada foi adicionada uma amostra metálica do metal. As bolhas que invariavelmente aderiram aos metais fez com que o procedimento fosse realizado, algumas vezes, em duplicatas.
• O deslocamento do novo volume, do inicio para o final, foi lido e anotado.
• O volume da amostra é representado pela diferença entre os dois níveis de água, já que o metal nem reage e nem se dissolve nela.
• É aplicada aos dados, então, a fórmula da densidade mencionado acima (d=m/v).

Resultado do experimento

Comparando os resultados é possível estabelecer se as amostras eram puras ou não. Por exemplo, o alumínio demonstrou ter uma densidade de 2,58 g/mL, sendo que o esperado para a amostra era um resultado de 2,70 g/mL.A diferença entre o valor esperado e o resultado real está totalmente dentro do padrão, e com isso podemos concluir que a amostra era realmente pura. Coisa igual pode-se dizer do ferro, do qual era esperado um resultado de 7,86 g/mL e cujo resultado foi de 7,71 g/mL. Mas no caso do cobre, a densidade que o experimento revelou foi de 7,89 g/mL, o que difere totalmente da esperada, que era de 8,92 g/mL.O erro percentual demonstra que o metal era impuro.

O experimento nos prova que o prego e o parafuso, que representam, respectivamente, os metais ferro e alumínio, apresentam uma densidade muito aproximada da mencionada anteriormente. Nesse caso, enquadram-se como substâncias puras. Já o cobre mostrou-se extremamente diferente de sua densidade real.

A alteração da massa real do cobre pode ser explicada por um processo chamado de galvanoplastia. Quando os fios de cobre estão sendo produzidos, recebem um revestimento metálico sobre seu material para que estejam protegidos da corrosão. Outros fatores que podem ter influenciado na dificuldade de se chegar a um valor aproximado (ou exatamente igual) do cobre são as bolhas formadas ao redor do metal, bem como as oscilações na pesagem e as avarias na balança.