Comparação entre densidades

Introdução:

A densidade é a relação entre a massa de material e o volume ocupado por ele. Pode ser calculada pela expressão:

d = m
       V

No SI, a unidade de densidade é o quilograma por metro cúbico (kg/m³). No entanto, no caso dos líquidos, a unidade mais comum de ser usada é o grama/centímetro cúbico (g/cm³). Quando dizemos que determinado material tem densidade de 9,0 g/cm³ a 25 ºC, por exemplo, significa que o volume de 1 cm³ desse material apresenta massa de 9,0 g.

Se colocarmos um material no estado sólido sobre um líquido, ele poderá flutuar (se for menos denso que o líquido) ou afundar (se for mais denso que o líquido).

Para demonstrar isso, veja a atividade experimental a seguir. O mais interessante sobre ela é que o professor pode realizar com os alunos, pois necessita de materiais de fácil obtenção, que não apresentam nenhum risco evidente para os alunos e o procedimento é muito simples.

Materiais e reagentes:

• 2 copos transparentes;
• Cubos de gelo coloridos (com corante alimentício);
• Álcool;
• Água.

Procedimento Experimental:

Os cubos de gelo devem ter sido preparados previamente com algumas gotas de corante alimentício, pois assim ficará mais fácil de visualizar o experimento.

1. Encha um copo até a metade com água e o outro, com álcool;

2. Adicione um cubo de gelo em cada copo e observe o que ocorre;

3. Adicione água aos poucos no copo que contém o gelo e o álcool, até que observe alguma mudança na posição do gelo.

Resultados e Discussão:

Praticamente todos os sólidos são mais densos do que quando estão no estado líquido. Mas não é isso o que ocorre com a água. A medida que vai chegando perto do seu ponto de congelamento, as moléculas de água vão se aproximando e começam a formar ligações de hidrogênio, o que resulta numa estrutura com espaços vazios entre as moléculas. Isso faz com que a densidade do gelo seja menor que a da água líquida.

A densidade da água no estado líquido é 1,0 g/cm³, enquanto a do gelo é 0,92 g/cm³. Por isso, no copo em que há água, o gelo flutua.

Observe que o gelo não fica totalmente acima da superfície da água, mas a maior parte dele fica submersa. Isso ocorre porque relacionando as densidades da água e do gelo, podemos calcular que serão necessários 92% do volume do gelo para igualar a massa de água que ele deslocou. Isso quer dizer que 92% do volume do gelo fica abaixo da superfície da água e apenas 8% fica acima da superfície.

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É por isso que os icebergs são tão perigosos. Eles podem parecer grandes sobre a superfície da água, mas o que vemos são somente 8% do seu tamanho total. Abaixo da água, eles são gigantescos e podem causar um enorme estrago em algum navio que bater neles.

Essa característica da água de ficar menos densa quando se solidifica é também vital para a manutenção da vida. Em lugares muito frios, as águas de rios, lagos e oceanos não se congelam totalmente porque a camada de gelo que flutua e fica na superfície age como um isolante térmico natural, preservando a vida animal e vegetal abaixo dela.

A densidade do álcool, por outro lado, é menor que a do gelo, sendo igual a 0,79 g/cm³. Por isso, o gelo afunda no álcool. No dia a dia, isso pode ser visto quando se coloca gelo em bebidas alcoólicas, como o uísque abaixo.

No entanto, quando se adiciona água ao copo com gelo e álcool, a densidade do álcool vai aumentando e o gelo vai subindo. No momento em que a densidade da mistura atingir o valor de 0,92 g/cm³ , o gelo irá possuir a mesma densidade do líquido e poderá ficar flutuando no meio dele. Se a adição de água continuar, a densidade da mistura continuará a aumentar e o gelo irá flutuar.

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química