A densidade é uma quantidade intensiva de matéria na física e na química que expressa quanta massa desse material está presente em um determinado volume. Esta propriedade física da matéria é indicada pela letra grega ρ.
Para calcular a densidade, esta fórmula é usada:
Onde,
m é a massa
V é o volume
No sistema SI, a densidade é expressa em quilogramas por metro cúbico (kg / m3), mas a unidade mais antiga (do sistema cgs) gramas por centímetro cúbico (g / cm3) ou quilogramas por decímetro cúbico também é usada.
Para calcular o volume de um objeto, pode-se recorrer ao banho de imersão feito por Arquimedes . Trata-se de mergulhar o objeto em um recipiente com uma seção que possui uma área fácil de calcular e multiplicar a área pela diferença de altura da superfície da água.
A densidade da água destilada à pressão de 1 atm e temperatura de 4 ° C é de 1000 quilogramas por metro cúbico (kg / m³), ou seja, 1 kg por litro.
Como a pressão e a temperatura afetam a densidade?
A densidade de uma substância é geralmente tabulada em uma certa temperatura e pressão porque depende do tamanho dessas quantidades intensivas.
Para a maioria das substâncias, o volume aumenta linearmente com o aumento da temperatura. Esta dependência da densidade com a temperatura é expressa no coeficiente de expansão de uma substância.
Água, entre outros, é uma exceção a esta regra. Principalmente em temperaturas mais baixas, o coeficiente de expansão da água apresenta um comportamento desviante: em torno de 4 ° C o coeficiente de expansão da água tem um mínimo.
A relação massa / volume de uma substância geralmente aumenta linearmente em pressões hidrostáticas mais altas. Esta compressibilidade é expressa no módulo de compressão. O módulo de compressão está intimamente relacionado à elasticidade de um material, que se expressa no módulo de elasticidade.
Como a densidade varia entre gases, líquidos e sólidos?
A densidade de uma substância difere de acordo com o estado de agregação nas condições padrão. Em geral, a densidade de uma substância na fase sólida é maior do que na fase líquida.
Por outro lado, a dos gases é muito mais baixa do que a dos líquidos e sólidos nas condições padrão.
Gases
Um gás geralmente se comporta como um gás ideal, a menos que a pressão seja muito alta ou a temperatura esteja bem abaixo da temperatura crítica do gás. Para um gás ideal, a densidade pode ser calculada usando a seguinte fórmula:
Onde:
M é a massa molar.
P é a pressão.
R é a constante do gás.
T é a temperatura absoluta.
Líquidos e sólidos
Os sólidos com uma estrutura cristalina aberta têm uma densidade relativamente mais baixa do que os sólidos com uma estrutura cristalina densa, como metais e ligas.
À medida que ele derrete, a ordem da estrutura cristalina do sólido é perdida e as ligações no cristal são quebradas. Como resultado, a distância média entre os átomos ou moléculas aumenta, de modo que a maioria das substâncias se expande durante a fusão. Portanto, a densidade de uma substância geralmente diminui durante a fusão.
Tipos de densidade
Densidade absoluta: expressa a relação entre a massa e o volume de uma substância.
Densidade relativa: é a razão entre a densidade de uma substância e a de outra substância de referência e não possui unidades. A água geralmente é a substância de referência para sólidos e líquidos; para gases, ar.
Densidade aparente: é aplicada em materiais de constituição heterogênea. Por exemplo, materiais porosos contêm interstícios de ar ou outras substâncias dentro deles. Portanto, esses materiais têm uma densidade menor do que se o material fosse compactado.
Densidade populacional ou população relativa: refere-se ao número médio de habitantes por quilômetro quadrado de um país, região, área urbana ou rural em relação a uma determinada unidade de superfície do território onde está localizado.
