Densidade de Líqüidos (na prática)

 

Wilson Salvagnini
(EPUSP-UNIP)


É freqüente ocorrer que grandezas físicas antigas se desdobrem em diferentes facetas: é o caso da densidade, quase tão antiga quanto o próprio conceito de peso.

Esta é a razão pela qual foram criados, ao longo do tempo, conceitos como os de densidade absoluta, gravidade específica, graus API, etc. E assim, cada um desses conceitos é usado em uma determinada atividade e perduram ainda hoje por uma questão de tradição. Essa profusão de conceitos - muito próximos - pode causar alguma confusão e o objetivo deste artigo é precisamente o de esclarecer um pouco esse assunto.


Um pouco de história

Na Antigüidade não se dispunha da facilidade de pesagem que temos hoje em dia; pesavam-se as coisas somente por comparações entre bens em vez de comparar-se com padrões de peso bem definidos. A pesagem por comparações baseava-se na velha e conhecida balança de pratos. Posteriormente, o aumento da facilidade de pesagem levou ao surgimento de padrões de pesos. Um dos primeiros padrões que se tem notícia é o sal: pagava-se o soldo, que equivalia a quantidade de sal (salário) que o guerreiro podia consumir num dia. Aquele que recebeu o soldo recebeu o nome do próprio provento, virou o soldado.

FIG. 1 Balança primitiva

 

Já no tempo de Roma havia unidades de peso tais como o talento - para medir grandes quantidades de prata e ouro - e a libra, para as pequenas quantidades. Pela mesma época se verificava a qualidade do ouro através da sua densidade em relação à água: a relação entre o peso da amostra e o empuxo da a densidade da substância.

FIG. 2 Medida de densidade

 

Só na Idade Moderna apareceram padrões de massa rigorosos e o conceito de densidade ficou mais preciso, porém sobrou uma certa confusão, herdada do passado, por que a densidade era exclusivamente determinada através da comparação com a água, porisso vale a pena precisar bem os conceitos.

 

Densidade e gravidade específica

 

A densidade é a relação entre a massa de uma substância e o volume que ela ocupa. Muitas vezes se encontra o termo "densidade verdadeira ou absoluta", quando a medida é feita no vácuo, portanto eliminando o efeito do empuxo do ar, e "densidade aparente" quando é feita no ar. A diferença é desprezível. Cuidado com o termo "densidade aparente": ele é também utilizado quando se expressa a densidade de uma certa quantidade de partículas. Se uma certa massa de areia é colocada em uma proveta, a relação entre esta massa e o volume lido também é chamada de densidade aparente, pois é a densidade que "aparenta" ter areia. Não é a densidade real da substância areia, pois se conta no volume o ar contido nos espaços vazios entre os grãos de areia.

A densidade de uma dada substância costuma ser indicada pelo símbolo dt onde t é a temperatura na qual a densidade foi determinada. Geralmente a densidade de líqüidos é determinada através de picnômetros: recipientes construídos para permitirem a determinação do peso de um volume conhecido de líqüido. Recentemente estão disponíveis medidores eletrônicos de líqüidos, pequenas amostras de líqüido são colocados em um oscilador mecânico, a densidade é determinada medindo-se a freqüência de ressonância, que está em função da densidade do material. A vantagem é que não é necessário determinar a massa nem o volume da amostra, o que torna a medida extremamente rápida.

Já a gravidade específica é a relação entre a massa da substância e a massa de igual volume de água, a uma temperatura padrão. Esta medida é um legado da Antigüidade, mas é muito prática. Representa-se pelo símbolo , onde o expoente é a temperatura da substância e o índice a temperatura padrão da substância de referência. Assim representa a densidade de uma substância a 20C em relação à água a 20C. O sistema inglês utiliza a temperatura de 60F.

Um caso especial é o da densidade relativa, que é a gravidade específica relativa à água a 4C ( a densidade da água nesta temperatura é de 0,999973 g/cm3, que é o seu valor máximo). Assim .

Para gases costuma-se tomar como padrão o ar a 0C e a 1 atm de pressão. A gravidade específica pode ser medida através da balança de Westphal, muito parecida com o sistema mostrado na figura 2, ou através dos hidrômetros.

 

Escalas de gravidade específica arbitrárias

 

A confusão aumenta um pouco mais quando se observa que a gravidade específica é na prática determinada por hidrômetros (fig. 3). Os hidrômetros são dispositivos bem simples e baseados no princípio de Arquimedes, eles consistem de um bulbo de vidro, contendo uma quantidade bem determinada de algum material denso (chumbo), provido de uma haste, totalmente fechada, dentro da qual há uma escala. A gravidade específica é medida quando o hidrômetro é mergulhado no líqüido, cuja gravidade específica se deseja determinar, e alguma das marcas da escala na haste coincide com o nível do líqüido no qual o hidrômetro está imersa. É aquele dispositivo que está colocado em um recipiente ao lado da bomba de álcool nos postos de abastecimento de gasolina. Este tipo de medida é muito fácil de se fazer e rápida mas não tem muita precisão, os hidrômetros são calibrados para uma única temperatura de referência e apresentam uma grande variedade de escalas.

É até interessante notar que cada ramo da indústria química desenvolveu a sua própria escala a ser utilizada no hidrômetro assim pode-se montar a seguinte tabela:

 

Tabela 1 - Escalas de hidrômetros

 

Tipo de escala

definição

Tipo de aplicação

API

Indústria do petróleo,

Brix

% em peso de sacarose (carboidratos) na água

cerveja, fermentações

Baumé denso

soluções mais densas do que a água, ácido sulfúrico, glicerina

Baumé leve

soluções menos densas do que a água, amônia, verniz

Cloreto de cálcio

% em peso de CaCl2 em água

fluido de sistemas frigoríficos

Lactômetro

indústria do leite

Salímetro

% da saturação de cloreto de sódio em água (100% =26,4% em massa de CaCl2 a 60F)

soluções salinas, indústria de alimentos

Gravidade específica

qualquer tipo de líqüido

Gay Lussac

(Tralles)

% volumétrica de alcool

indústria alcooleira

Twadell

Indústria de tintas

INPM

% em massa de álcool

idem (Brasil)

 

FIG. 3 Hidrômetro

Na indústria quando o funcionário coloca o hidrômetro no líqüido cuja gravidade específica ele quer medir, geralmente ele diz que está "tirando a densidade" utilizando um densímetro. É comum ouvir dizer, quando se prepara uma solução, que "deu o Baumé", ou seja as concentrações dos componentes da solução estão corretas pois a densidade é a desejada.

Para maiores detalhes, se o assunto lhe interessa procure a Enciclopédia da Tecnologia Química do Kirk Othemer e o Perry (Chemical Engineering Handbook).