Determinazione della densità di solidi metallici: teoria e pratica

Scopo dell'esperimento

Scopo o obbiettivo dell’esperienza: determinazione della densità di alcuni solidi in metallo.
Materiale e strumentazione utilizzata:

Bilancia digitale (sensibilità 0,01g);

Vetreria: cilindro graduato (di sensibilità 1 ml e portata 100 ml) e becher (di sensibilità 25 ml e portata 75 ml);

Pipetta contagocce in plastica;

Spruzzetta in plastica;

Tre campioni in metallo masse differenti;

Reagenti (sostanze chimiche utilizzate): acqua distillata.

Principio teorico della densità

Principio teorico: La densità è una grandezza fisica intensiva della materia, data dal rapporto della massa e del volume di un corpo. Quest’ultima indica quanto la materia è concentrata nel corpo, utilizzando l’unita di misura del SI kg/m3, anche se più comunemente utilizzato è il g/cm3. oppure il g/L per gli aeriformi che non posseggono un volume proprio e si estendono occupando tutto lo spazio a disposizione. Nonostante possa sembrare una proprietà estensiva, poiché dipende dalla quantità di materia, in realtà, il quoziente di due grandezze estensive diventa intensivo, poiché all’aumentare della massa aumenterà in modo direttamente proporzionale anche il volume e viceversa, per cui la densità rimarrà invariata. In generale possiamo dire che i solidi hanno una densità maggiore dei liquidi, perché le particelle da cui sono formati sono organizzate in modo ordinato e strettamente legate tra di loro, per cui la materia sarà più concentrata rispetto ai liquidi, che invece sono formati da particelle con legami minori. Gli aeriformi a loro volta sono meno densi dei liquidi, poiché le particelle dalle quali sono formati posseggono legami lievissimi. La densità di un corpo può essere soggetta a piccole variazioni dovute al cambiamento della temperatura, infatti l’aumento della temperatura nella maggior parte dei casi comporta un aumento del volume, e all’aumentare di quest’ultimo la concentrazione della materia diminuisce. A far eccezione è l’acqua che sia all’aumentare che al diminuire della temperatura diminuisce la propria densità poiché vi è un aumento del volume in entrambi i casi, sia al passaggio allo stato solido, sia al passaggio allo stato aeriforme. Per cui, per evitare errori dovuti al cambio della temperatura, la densità viene misurata generalmente ad una temperatura che oscilla tra i 16°C e i 20°C.

Procedimento sperimentale

Procedimento: entrare nel laboratorio chimico indossando i D.P.I. richiesti dall’esperimento (in questo caso solamente il camice, poiché l’esperimento non richiede l’utilizzo di guanti, mascherina o occhiali), posizionarsi davanti la postazione da lavoro, dove dovranno essere posizionati tutti i materiali e gli strumenti utili per la corretta riuscita dell’esperimento. Iniziare pesando i solidi di masse differenti sulla bilancia digitale, e si consiglia di ripetere almeno tre volte la misurazione per ridurre al minimo gli errori accidentali (calcolando successivamente il valore medio delle misurazioni effettuate). Successivamente riempire accuratamente il cilindro graduato della quantità di acqua distillata accordata precedentemente con i professori (che riesca contenere anche il solido più grande), aiutandosi con becher, contenente acqua distillata, e pipetta contagocce in plastica, per aggiungere l’acqua gradualmente, se osservando si nota di non aver raggiunto per poche gocce la tacchetta scelta del cilindro graduato. Controllare bene se la quantità di acqua all’interno di quest’ultimo sia effettivamente giusta, cercando di evitare l’errore dovuto all’effetto di parallasse (errore

dovuto al cambio del punto di osservazione durante una misurazione) ed accertarsi quindi di porre il cilindro graduato all’altezza degli occhi. Successivamente inserire il primo campione delicatamente all’interno, in primo luogo per evitare di danneggiare la strumentazione ed in secondo per evitare che dell’acqua possa fuoriuscire dal cilindro, falsando quindi l’intera misurazione. Controllare il volume dell’acqua dopo aver immerso il solido, almeno tre volte (per ridurre al minimo gli errori accidentali, come detto precedentemente) e svuotare con cautela il cilindro graduato in un apposito becher (che ci permetterà di riutilizzare l’acqua distillata per le prossime misurazioni). Ripetere questo procedimento per gli altri due solidi in metallo e infine per tutti i solidi insieme. Una volta ottenuti i valori medi anche dei volumi dei solidi, sottraendo al volume dell’acqua con il solido immerso, il volume iniziale dell’acqua, si può procedere con il calcolo della densità dei campioni. Infine calcolare la densità media, ovvero la media delle densità dei tre oggetti misurati.

D.P.I. utilizzati: il dispositivo di protezione individuale utilizzato è il camice da laboratorio.

Rischi e pericoli

Rischi e pericoli: l’esperimento comporta il rischio di rottura della vetreria, per questo è molto importante fare attenzione ad inserire delicatamente i campioni nel cilindro graduato.

Oggetto m oggetto (g) V1 (ml)

Senza oggetto V2 (ml)

Con oggetto Vf (ml) d=m/V (g/ml) d ̅ (g/ml)

O1 m1a =19,98±0,01 50,0±0,5 52,1±0,5 2,1±0,5 d_1a=9,51

9,51

m1b =19,99±0,01 d_1b=9,52

m1c =19,96±0,01 d_1c=9,50

O2 m2a =10,01±0,01 50,0±0,5 51±0,5 1±0,5 d_2a=10,01 10,01

m2b =10,00±0,01 d_2b=10,00

m2c =10,02±0,01 d_2c=10,02

O3 m3a =5,01±0,01 50,00±0,5 50,9±0,5 0,8±0,5 d_3a=6,27 6,26

m3b=5,01±0,01 d_3b=6,27

m3c=5,00±0,01 d_3c=6,25

T mta =35,00±0,01 50,00±0,5 54±0,5 4±0,5 d_ta=8,75 8,75

mtb =35,01±0,01 d_tb=8,75

mtc =35,00±0,01 d_tc=8,75

m ̅_1= 19,98±0,01g

m ̅_2= 10,01±0,01g

m ̅_3= 5,0±0,01g

m ̅_t=35,00±0,01g

(V_f1 ) ̅=2,1±0,5ml

(V_f2 ) ̅=1±0,5 ml

(V_f3 ) ̅=0,9±0,5ml

(V_ft ) ̅=4±0,5ml

d_1a= (m_1a (g))/(V(ml)) = 19,98g /2,1ml=9,51 g/ml

d_1b= (m_1b (g))/(V(ml)) = 19,99g/ 2,1ml=9,52 g/ml

d_1c= (m_1c (g))/(V(ml)) = 19,96g/ 2,1ml=9,50 g/ml

d_2a= (m_2a (g))/(V(ml)) = 10,01g /1ml=10,01g/ml

d_2b= (m_2b (g))/(V(ml)) = 10,00g /1ml=10,00g/ml

d_2c= (m_2c (g))/(V(ml)) = 10,02g /1ml=10,02g/ml

d_3a= (m_3a (g))/(V(ml)) = 5,01g /0,8ml=6,27g/ml

d_3b= (m_3b (g))/(V(ml)) = 5,01g /0,8ml=6,27g/ml

d_3c= (m_3c (g))/(V(ml)) = 5,00g /0,8ml=6,25g/ml

d_ta= (m_ta (g))/(V(ml)) = 35,00g /4ml=8,75g/ml

d_tb= (m_tb (g))/(V(ml)) = 35,01g /4ml=8,75g/ml

d_tc= (m_tc (g))/(V(ml)) = 35,00g /4ml=8,75g/ml

d ̅_1=9,51g/ml

d ̅_2=10,01g/ml

d ̅_3=6,56g/ml

d ̅_t=8,75g/ml

Osservazioni e conclusioni

Osservazioni e conclusioni: l’esperimento ci ha permesso di scoprire la densità dei tre oggetti in metallo, il primo potrebbe essere fatto di ottone, lega di metallo dalla densità che oscilla tra i 8,44 e i 9,70 g/ml oppure bronzo al piombo, lega di metallo di densità che oscilla tra i 8,8 e i 9,50 g/ml; il secondo, invece, da molibdeno, di densità di circa 10,2 g/ml; la densità del terzo si avvicina molto a quella del vanadio di circa 6,11 g/ml e infine quella della somma di tutti i campioni si avvicina a ben due metalli differenti, al cobalto di circa 8,80 g/ml e all’olmio di uguale valore. Per cui, ho notato che a causa degli errori accidentali e sistematici, commessi durante le misurazioni e l’influenza delle sensibilità degli strumenti, le misure di densità risultano leggermente errate. Per avere dei risultati più accurati ci sarà bisogno, quindi, di un cilindro con una sensibilità maggiore, che ci permetterà di misurare anche i decimi di millilitro, fondamentali se si vuole ottenere la misura di volume di un oggetto molto piccolo.