Massa volúmica

Referência : Ribeiro, D., (2014) Massa volúmica, Rev. Ciência Elem., V2(3):304
Autor: Daniel Ribeiro
Editor: Jorge Gonçalves
DOI: [http://doi.org/10.24927/rce2014.304]

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A massa volúmica (vulgarmente designada por densidade absoluta ou, mais raramente, massa volumétrica) de uma substância é o quociente da massa da substância pelo seu volume

$\rho = \frac{m}{V} \qquad \qquad (1)$

em que $\rho$ é a massa volúmica da substância, $m$ a massa do corpo e $V$ o seu volume. A massa volúmica exprime-se vulgarmente em g.cm^-3 (ou kg/L) nos casos de estados condensados (sólidos e líquidos) e em g.L^-1 (ou kg/m³) nos casos de gases.

A mais antiga referência da utilização do conceito remonta a Arquimedes de Siracusa (287 a.C. – 212 a.C.). Vitrúvio conta^[1] que Herão, o senhor de Siracusa, pediu a Arquimedes para que ele verificasse se a sua coroa era de ouro puro. Arquimedes fabricou dois blocos de igual massa, um de ouro e outro de cobre, e determinou os seus volumes a partir da impulsão sofrida pelos blocos quando imersos em água. Sem saber, Arquimedes utilizou o conceito de massa volúmica para verificar que a coroa de Herão não era de ouro puro.

Um pormenor histórico no que respeita a medições de densidades prende-se com a atividade de Henry Cavendish (1731 – 1810) que através de um método engenhoso^[2] (no final do século XVIII), conseguiu determinar aproximadamente a densidade do planeta Terra – valor esse muito próximo do atualmente aceite.

A massa volúmica de uma substância é função da sua temperatura, visto que, quando se eleva a temperatura de uma substância, esta dilata-se (os corpúsculos que a constituem tendem a afastar-se mutuamente por aumento da agitação molecular). Este aumento de volume conduz a uma diminuição de massa volúmica.

Num gás, a medição da sua densidade, ou massa volúmica, depende da temperatura e também da pressão. Ao passo que os sólidos e os líquidos são praticamente incompressíveis, os gases são extremamente compressíveis e, por isso, dependendo da pressão a que um gás se encontra, a mesma massa de gás pode ocupar diferentes volumes e, consequentemente, apresentar diferentes massas volúmicas.

A densidade de um gás está, portanto, relacionada com a temperatura e com a pressão. Essa relação pode ser estabelecida a partir da equação dos gases ideais^[3]

$pV=nRT \Leftrightarrow V=\frac{nRT}{p} \qquad \qquad (2)$

em que $p$ é a pressão a que o gás se encontra, $V$ o seu volume, $n$ a quantidade de gás, $R$ a constante universal dos gases perfeitos (8,31447 J.mol^-1.K^-1) e $T$ a sua temperatura absoluta.

Pode-se exprimir $n$ em função da massa $m$ e da massa molar $M$ do gás

$n=\frac{m}{M} \Leftrightarrow m=nM \qquad \qquad (3)$

Substituindo (2) e (3) na equação (1), vem

$\rho_g=\frac{pnM}{nRT} \Leftrightarrow \rho_g=\frac{pM}{RT} \qquad \qquad (4)$

em que $\rho_g$ é a massa volúmica do gás e $M$ a sua massa molar.

Assim, quando se pretende determinar a massa volúmica de uma substância, é necessário registar o valor das variáveis de que a densidade depende. No caso de sólidos e líquidos, o valor da densidade deve vir acompanhado da temperatura a que este foi determinado. Se a substância se encontrar no estado gasoso, o valor da massa volúmica deverá ser sempre acompanhado da temperatura e da pressão do gás.

A grandeza dimensional massa volúmicas não deve ser confundida com a grandeza física adimensional denominada densidade relativa que relaciona a densidade de uma substância com a de outra substância padronizada (a temperatura e pressão fixas).^[4]

Referências

1. P. La Cotardière, História das Ciências – da antiguidade aos nossos dias, Volume I, 1ª edição, Lisboa: Edições Texto & Grafia, Lda., 2010, ISBN: 978-989-8285-18-8.
2. F. J. Moore, A History of Chemistry, 1^st edition, New York: McGraw-Hill Book Company, Inc., 1918.
3. P. Kulkarni, P. Baron, K. Willeke, eds., Aerosol measurement principles, techniques, and applications, Hoboken, N.J: Wiley, 2011, ISBN: 978-1-11-800166-0.
4. C. Corrêa, F. P. Basto, N. Almeida, Química, 1ª edição, Porto: Porto Editora, 2008, ISBN: 978-972-0-42248-4.

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Criada em 10 de Fevereiro de 2012
Revista em 16 de Março de 2012
Aceite pelo editor em 16 de Março de 2012