Diferencia o de materiais

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Diferenciação de materiais
baseada em medições de
densidade
Parte II: Aplicação a sólidos

Química – 12º Ano
Unidade 3
Plásticos, vidros e novos materiais
Actividades de Projecto Laboratorial
Janeiro 2006

Jorge R. Frade, Ana Teresa Paiva
Dep. Eng. Cerâmica e do Vidro
Universidade de Aveiro

1. Objectivos:
- Identificar os princípios da medição de densidade de sólidos com base no
método deArquimedes.
- Distinguir diferentes materiais (metais, cerâmicos, vidros, rochas, polímeros)
em função da sua densidade
- Medir a porosidade de materiais (cerâmicos, rochas porosas, etc.).

2. Fundamentos
A importância da densidade dos materiais nas suas aplicações é facilmente
compreendida se considerarmos o caso de materiais para os meios de transporte (avião,
comboio, automóveis, bicicletas,…),equipamentos de desporto (raquetes de ténis,
sapatilhas, …), etc. Por isso, a densidade é um dos principais parâmetros da selecção de
materiais. Os diferentes tipos de materiais podem ser ordenados de acordo com a
seguinte ordem de valores de densidade (Tabela I):
Polímeros < Vidros , Cerâmicos, Rochas < Metais

Este ordenamento reflecte diferenças nos principais elementos constituintes, nos
tipos deligação e nos empacotamentos atómicos característicos da estrutura os
materiais. Nos polímeros predominam elementos leves, designadamente o (C, H, N e
O). Além disso, as suas ligações atómicas de tipo covalente são propensas à existência
de empacotamentos atómicos pouco densos. Os cerâmicos são constituídos por
elementos metálicos muito diversificados e elementos não metálicos tais como O, N ou
C.A ligação é geralmente mista entre os tipos iónico e o covalente. Finalmente, a
ligação metálica exclui geralmente a maioria dos elementos não metálicos leves e
favorece empacotamentos muito mais densos. A diferenças de densidade entre
diferentes metais relaciona-se com as massas atómicas dos elementos e com diferenças
entre a estrutura mais compacta (cfc) e outras estruturas (hexagonal ou ccc).Por
exemplo, as densidades do cobre (8,92), prata (10,5) e ouro (19,3) relacionam-se com as
respectivas massas atómicas (63,54; 107,87 e 196,97 respectivamente). Contudo, a
densidade do zinco (7,14) é menor do que a do cobre (8,92), contrariando a ordem das
massas atómicas (65,37 para o Zn e 63,54 para o cobre). Tal deve-se a diferenças na
estrutura que é cfc no caso do cobre e hexagonal no casodo zinco.

2.2. Massa específica de amostras mais densas do que água e sem porosidade
Os metais, cerâmicos, vidros e rochas são geralmente bastante mais densos do
que a água e afundam nesse meio, excepto quando contêm elevada porosidade fechada.
Para verificar se uma amostra de determinado material é mais densa do que água basta
colocá-la num copo com água e verificar se afunda ou flutua. Umaamostra mais densa
afunda completamente, enquanto que a amostra menos densa flutua.
Entende-se por massa específica a massa por unidade de volume,
ρ = m/V

(1)

sendo ρ a massa específica, m a massa da amostra e V o seu volume. Contudo, é mais
frequente referir a densidade, como critério de comparação entre diferentes materiais. A
densidade designa a razão entre a massa específica do material e amassa específica da
água à temperatura ambiente (ρágua=1g/cm3), isto é:
Densidade = ρ/ρágua

(2)

De acordo com a equação 1, a massa específica pode ser determinada usando
uma pesagem e uma medição do volume da amostra. Contudo, tal medição de volume
pode estar sujeita a grandes erros, nomeadamente se for baseada em medições das
dimensões, mesmo que a forma geométrica da amostra seja bastante simples(p.e. um
cubo ou esfera). Felizmente, o método de Arquimedes permite medições bastante
rigorosas mesmo quando a forma da amostra é muito irregular: Este método baseia-se
numa combinação da pesagem da amostra em ar
m =



(3)

com uma segunda pesagem efectuada com impulsão em água (conforme se representa
na Figura 1). Neste caso:
m´ =

V ρ - V ρágua.

(4)

Combinando estas equações obtém-se:
V...