Densitatea substantelor si determinarea ei experimentala

Densitatea este o proprietate fizica specifica fiecarei substante, care ne arata cat de multa masa se afla intr-un anumit volum. Cu alte cuvinte, densitatea masoara cat de 'compacta' este o substanta. Se noteaza de obicei cu litera greceasca ρ (ro) si se calculeaza cu formula: ρ = m / V, unde m este masa substantei (masurata in kilograme, kg, sau grame, g), iar V este volumul ocupat de substanta (masurat in metri cubi, m³, sau centimetri cubi, cm³).

Unitatea de masura in Sistemul International este kg/m³, dar in practica se foloseste frecvent g/cm³. De exemplu, densitatea apei este de 1 g/cm³ sau 1000 kg/m³. Pentru a determina experimental densitatea unei substante solide, masuram masa cu ajutorul unui cantar (balanta) si volumul fie prin masurarea dimensiunilor (daca are forma regulata: cub, paralelipiped, cilindru – folosind rigla si calculand geometric), fie prin metoda deplasarii de apa (pentru solide cu forma neregulata): introducem solidul intr-un cilindru gradat cu apa si diferenta de nivel ne da volumul exact.

Pentru lichide, masuram masa unui anumit volum de lichid turnat intr-un cilindru gradat, apoi impartim masa la volum. Este important sa avem grija ca substanta sa fie omogena si sa eliminam bulele de aer. Densitatea poate varia cu temperatura: in general, corpurile se dilata la cald, deci densitatea scade (cu exceptia apei intre 0 si 4°C, care are o comportare anormala).

Cunoscand densitatea, putem identifica substanta din care este facut un obiect sau putem determina daca un obiect pluteste (daca densitatea sa este mai mica decat a lichidului) sau se scufunda (daca este mai mare). De exemplu, un cub de lemn cu densitatea 0,6 g/cm³ pluteste pe apa (densitate 1 g/cm³), iar un cub de fier cu densitatea 7,8 g/cm³ se scufunda. In laborator, experimentul clasic de determinare a densitatii implica masurarea masei si volumului, apoi calculul.

Erorile pot aparea daca volumul nu este masurat corect sau daca substanta absoarbe apa. Metoda picnometrului este mai exacta pentru lichide si solide pulverulente. In concluzie, densitatea este o caracteristica esentiala a substantelor, usor de determinat experimental, si ne ajuta sa intelegem multe fenomene din viata de zi cu zi, de la plutirea corpurilor pana la functionarea termometrelor.

Exemple

• Exemplul 1: Un cub de metal cu latura de 2 cm are masa de 62,4 g. Calculati densitatea metalului si identificati metalul (stiind ca densitatea aluminiului este 2,7 g/cm³, a fierului 7,8 g/cm³, a cuprului 8,9 g/cm³). Rezolvare: Volumul cubului V = l³ = (2 cm)³ = 8 cm³. ρ = m / V = 62,4 g / 8 cm³ = 7,8 g/cm³. Deci metalul este fierul (otelul).
• Exemplul 2: O piatra cu masa de 45 g este introdusa intr-un cilindru gradat care contine 20 mL apa. Nivelul apei urca la 35 mL. Care este densitatea pietrei? Rezolvare: Volumul pietrei V = 35 mL – 20 mL = 15 mL = 15 cm³ (1 mL = 1 cm³). ρ = 45 g / 15 cm³ = 3 g/cm³. Piatra are densitatea 3 g/cm³ (de exemplu, bazalt sau granit).
• Exemplul 3: Un cilindru gradat cantareste gol 120 g. Se toarna in el 50 mL de ulei, iar acum cantareste 166 g. Care este densitatea uleiului? Rezolvare: Masa uleiului m = 166 g – 120 g = 46 g. Volumul V = 50 mL = 50 cm³. ρ = 46 g / 50 cm³ = 0,92 g/cm³. Uleiul are densitatea mai mica decat a apei, deci va pluti pe apa.

Concepte cheie: Densitatea = masa / volum (ρ = m/V), Unitati de masura: kg/m³ sau g/cm³ (1 g/cm³ = 1000 kg/m³), Determinarea volumului solidelor regulate (geometric) si neregulate (deplasarea apei), Densitatea apei = 1 g/cm³ (punct de referinta), Compararea densitatii determina plutirea sau scufundarea corpurilor, Influenta temperaturii asupra densitatii (dilatare termica)