1. Introdução Uso da Vidraria Volumétrica e Determinação de Densidade A medição de volumes líquidos é uma parte importante de muitos experimentos. Em alguns casos, os volumes medidos precisam de uma grande precisão, em outros casos não. A máxima precisão possível é determinada pelo tipo de equipamento volumétrico utilizado. A Figura 1 mostra três equipamentos volumétricos que serão utilizados neste experimento. Figura 1: Equipamentos volumétricos: a) proveta; b) pipeta volumétrica; c) bureta. Para usar vidrarias de medição de volumes líquidos é necessário entender a natureza dos líquidos envolvidos. A água e a maioria dos outros líquidos molha a superfície do vidro limpo e, como resultado, forma uma curva na sua superfície. Esta superfície é chamada de menisco, e é mais fácil de ser visualizada em cilindros mais finos, conforme mostra a Figura 2. Figura 2: Surgimento do menisco nos equipamentos volumétricos.
As leituras volumétricas são feitas na curvatura inferior do menisco (Figura 3). Figura 3: Medidas de volume em cilindros graduados. 2. Objetivos Realizar medidas de volume utilizando proveta, pipeta e bureta. Utilizar medidas experimentais de massa e volume para determinar a densidade de sólidos e líquidos. Identificar um sólido e um líquido desconhecidos através de medidas experimentais da densidade. 3. Metodologia 3.1 Equipamento Volumétrico Provetas são utilizadas para a medida de qualquer volume líquido até a sua capacidade. O volume contido numa proveta é estimado até uma casa decimal a mais que a menor divisão da graduação. Por exemplo, uma proveta de 50 ml tem divisões correspondentes a 1 ml. Neste caso, os volumes são medidos até 0,1 ml, estimando o valor entre as marcas (conforme mostrado na Figura 3). As pipetas volumétricas são utilizadas para medir um volume específico de líquido e, por isso, têm apenas um sinal de calibração, que é colocado na parte mais fina acima do bulbo. O erro relacionado à medida de volume na pipeta volumétrica é indicado na própria pipeta. Buretas são utilizadas para medir qualquer volume de líquido precisamente até o máximo da sua capacidade. Novamente, é necessário estimar o valor entre as divisões de escala. Tanto as buretas de 25 ml e 50 ml têm divisões correspondentes à 0,1 ml. Assim, a estimativa entre as divisões de escala deve ser escrita em termos da próxima casa decimal, ou seja, 0,01 ml.
3.2 Densidade A densidade (d) é a razão entre o volume (V) e a massa (m) de uma substância: Assim, para determinar a densidade de uma amostra, é preciso medir experimentalmente seu volume e massa. Para líquidos, o volume é facilmente determinado utilizando equipamentos próprios para medidas volumétricas, enquanto a massa é determinada pela diferença de massa de um recipiente vazio e cheio com o volume do líquido que se quer medir. Sólidos são pesados facilmente para a determinação da sua massa, mas a determinação do volume pode ser mais complicada. Se o sólido tem uma forma geométrica regular, como um cubo ou uma esfera, o volume pode ser calculado depois de medir suas dimensões. Entretanto, muitos sólidos tem formas irregulares, e o volume deve ser determinado de outra maneira. Normalmente, isso é feito através da medida da diferença de volume de um líquido após mergulhar o sólido nele. 4. Procedimento Experimental 4.1 Equipamento Volumétrico Utilizando a Proveta Pese um béquer vazio utilizando a balança e anote o valor obtido na Tabela 1. Pegue uma proveta de 25 ml e adicione água cuidadosamente, até obter um volume de 10,0 ml. Lembre-se de ler o volume na curvatura inferior do menisco. Anote este valor na Tabela 1. Transfira a água da proveta para o béquer previamente pesado e pese-o novamente. Anote a massa obtida para o conjunto béquer + água na Tabela 1. Sem esvaziar o béquer, adicione uma segunda amostra de 10,0 ml medida cuidadosamente na proveta. Pese o béquer novamente e anote o valor obtido na Tabela 1. Utilizando a Pipeta Pese um béquer vazio utilizando a balança e anote o valor obtido na Tabela 1. Adapte o pipetador na pipeta volumétrica de 10,00 ml. Preencha a pipeta com água até a marca de calibração (lembrando de utilizar a curvatura inferior do menisco para fazer a medida) e transfira-a para o béquer previamente pesado. Peça auxílio ao professor para o uso correto do pipetador. Observe o número correto de algarismos significativos utilizados nesta medida. Pese o béquer com água e anote o valor obtido na Tabela 1. Sem esvaziar o béquer, adicione mais 10,00 ml de água medidas na pipeta volumétrica. Pese o conjunto béquer + água novamente e anote o valor obtido na Tabela 1.
Utilizando a Bureta Coloque a bureta de 25 ml no suporte. Preencha-a com água cuidadosamente até passar da calibração. Abra a torneira cuidadosamente até a curvatura inferior do menisco coincidir com a linha de calibração marcando o zero da bureta. Verifique que não há formação de bolhas de ar no líquido. Pese um béquer vazio utilizando a balança e anote o valor obtido na Tabela 1. Abra a torneira da bureta até que 10,00 ml de água tenham sido transferidos para o béquer. Pese o béquer com água e anote o valor obtido na Tabela 1. Preencha novamente a bureta até a marca zero. Adicione mais 10,00 ml de água no béquer e pese o conjunto, anotando a valor obtido na Tabela 1. Tabela 1: Valores de massa de água medidos após a adição sucessiva de volumes de aproximadamente 10 ml, utilizando diferentes equipamentos volumétricos. Equipamento Proveta Pipeta Bureta Volume medido /ml Massa do béquer vazio /g Massa do béquer após primeira adição /g Massa de água na primeira adição /g Massa do béquer após segunda adição /g Massa de água na segunda adição /g 4.2 Densidade Densidade de líquidos Pegue uma amostra de 30 ml do líquido desconhecido em sua bancada. Anote a identificação do líquido na Tabela 2. Escolha um béquer de 50 ml limpo e seco e pese-o. Anote o valor obtido na Tabela 2. Com o pipetador, sugue uma pequena quantia do líquido para uma pipeta de 10 ml. Vire a pipeta para a posição horizontal, retire o pipetador e deixe o líquido molhar a superfície do vidro. Esse processo é chamado de ambientação ou rinsagem da pipeta. Se precisar, peça ajuda ao professor. Descarte o líquido utilizado no local indicado. Pegue 10 ml do líquido desconhecido com a pipeta e transfira este volume para o béquer previamente pesado. Pese novamente o béquer e anote o novo valor na Tabela 2. Determine a massa do líquido através da diferença das massas pesadas do béquer. Repita o procedimento e determine o valor médio da densidade do líquido nas duas medidas.
Tabela 2: Massa de duas amostras de 10,0 ml de um líquido desconhecido e valor de densidade encontrado. No. da Amostra Amostra 1 Amostra 2 Volume / ml Massa / g Densidade / g.ml -1 Densidade média / g.ml -1 Densidade de sólidos Pegue a amostra do sólido desconhecido em sua bancada. Anote sua identificação na Tabela 3. Utilize um vidro de relógio para pesar o sólido. Use uma pinça para manipular o sólido, para evitar contaminação. Anote a massa pesada na Tabela 3. Preencha uma proveta de 100 ou 50 ml até a metade de sua capacidade com água destilada. Anote o volume inicial do líquido na proveta. Cuidadosamente, coloque o sólido na proveta sem deixar vazar água. Você pode inclina a proveta e deixar o sólido deslizar para dentro vagarosamente. Elimine qualquer bolha de ar que possa ter se formado dentro do líquido. Faça novamente a medida de volume, agora de água + sólido, e anote o valor obtido na Tabela 3. Repita o procedimento e determine o valor médio da densidade do sólido nas duas medidas Tabela 3: Massa e volume de duas amostras de um sólido desconhecido e valor de densidade encontrado. No. da Amostra Amostra 1 Amostra 2 Massa / g Volume inicial de água / ml Volume final água + sólido / ml Volume do sólido / ml Densidade / g.ml -1 Densidade média / g.ml -1 5. Discussão dos Resultados 5.1 Equipamento Volumétrico Rearranjando a equação que define densidade, tem-se que:
Assim, o volume de uma amostra líquida é igual à sua massa dividida pela sua densidade. Essa relação pode ser usada para calcular o volume de cada amostra líquida medida utilizando os diferentes equipamentos volumétricos (proveta, pipeta e bureta). Para cada cálculo, vamos assumir o valor da densidade da água destilada como 1,0000 g/ml. Desta maneira, o erro relativo ao uso dos diferentes equipamentos volumétricos pode ser estimado segundo a relação: Utilize os dados da Tabela 1 para calcular o volume de cada amostra de água a partir das medidas de massa e da densidade (1,0000 g/ml). Calcule o erro experimental para o uso da proveta, da pipeta volumétrica e da bureta. Lembre-se de usar o número correto de algarismos significativos. 5.2 Densidade Use os dados das Tabelas 2 e 3 para calcular a densidade dos materiais desconhecidos. Anote também demais características visíveis do líquido e do sólido (cor, cheiro, etc). Com auxílio dos dados experimentais e de um handbook, determine o líquido e o sólido desconhecidos. 6. Bibliografia 1. S.L.Seager; M.L.Slabaugh; Safety-Scale Laboratory Experiments for Chemistry for Today. Seventh Edition. Belmont : Brooks/Cole. 2011. 2. R.C.Rocha-Filho; R.R.daSilva; Cálculos Básicos da Química. São Carlos : EDUFSCar. 2006.