A densidade é uma quantidade intensiva de matéria em física e 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 utilizar o banho de imersão feito por Arquimedes . Trata-se de submergir o objeto em um recipiente com seção de 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 a uma determinada 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.
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 com a elasticidade de um material, que é expressa no módulo de elasticidade.
Como a densidade varia entre gases, líquidos e sólidos?
A densidade de uma substância difere dependendo do estado de agregação sob condições padrão. Em geral, a densidade de uma substância na fase sólida é maior do que na fase líquida.
Por outro lado, o dos gases é muito inferior ao dos líquidos e sólidos em condições normais.
Gases
Um gás geralmente se comporta como um gás ideal, a menos que a pressão seja muito alta ou a temperatura esteja muito 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
Sólidos com estrutura cristalina aberta têm densidade relativamente baixa do que sólidos com estrutura cristalina densa, como metais e ligas.
Ao derreter, a ordem da estrutura cristalina do sólido é perdida e as ligações cristalinas são quebradas. Como resultado, a distância média entre 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 densidades
Existem três formas diferentes de densidade: absoluta, relativa e aparente. Cada uma dessas densidades tem sua finalidade e aplicação específicas e, juntas, oferecem uma visão mais completa de como os materiais e substâncias se relacionam com sua massa e volume.
Densidade absoluta
A densidade absoluta é o mesmo conceito que a densidade de massa (ρ). Representa a quantidade de massa (m) contida em um determinado volume (V) e é medida em unidades de massa por unidade de volume, como quilogramas por metro cúbico (kg/m³).
É a densidade padrão usada na maioria das aplicações físicas e científicas.
Densidade relativa
A densidade relativa, também conhecida como gravidade específica, refere-se à razão entre a densidade de uma substância e a da água (a uma temperatura e pressão específicas).
Como a água é tomada como referência, a densidade relativa não tem unidades e é expressa como um número adimensional. Se a densidade relativa for menor que 1, significa que a substância é menos densa que a água, e se for maior que 1, é mais densa.
Densidade aparente
A densidade aparente é usada no contexto de materiais granulares, como sólidos particulados ou misturas. Refere-se à massa total de um sistema dividida pelo seu volume total, incluindo tanto as partículas sólidas quanto os espaços vazios entre elas.
A densidade aparente é geralmente inferior à densidade real dos sólidos individuais devido à presença de porosidade e espaços vazios.
Exemplos de densidades
Abaixo anexo uma tabela com exemplos de diferentes substâncias e suas densidades:
Substância | Densidade (g/cm³) | Descrição |
Água (a 25°C) | 1,00 | A água é uma substância comum, essencial à vida. |
Ferro | 7,87 | O ferro é um metal denso utilizado na indústria e na construção. |
Ouro | 19h32 | O ouro é um metal precioso conhecido pelo seu alto valor e brilho. |
Liderar | 11h34 | O chumbo é um metal pesado usado em diversas aplicações, como baterias. |
Ar (a 0°C e 1 atm) | 0,001225 | O ar é uma mistura de gases que envolve a Terra. |
Alumínio | 2,70 | O alumínio é um metal leve e amplamente utilizado na indústria e na construção. |
Madeira de carvalho) | 0,75 - 0,95 | A madeira é um material orgânico utilizado na construção e fabricação de móveis. |
Hélio (a 0°C e 1 atm) | 0,0001785 | O hélio é um gás leve usado em balões e aplicações criogênicas. |
Diamante | 3.51 | O diamante é uma forma cristalina de carbono e é uma das substâncias mais duras conhecidas. |
Mercúrio | 13.53 | O mercúrio é um metal líquido à temperatura ambiente, usado em termômetros e dispositivos de medição. |
| Azeite de oliva | 0,92 - 0,92 | O azeite é um líquido natural muito utilizado na culinária e na gastronomia. |
Materiais usados como combustível nuclear
Abaixo anexei a densidade dos materiais diretamente relacionados à energia nuclear. Esses materiais são essenciais em diversas aplicações na indústria nuclear e na geração de energia elétrica em usinas nucleares.
Estes valores podem variar dependendo da forma e estado do material, portanto são valores aproximados.
Substância | Densidade (g/cm³) | Descrição |
19.05 | O urânio é um metal pesado usado como combustível em reatores nucleares para gerar energia. | |
19,86 | O plutônio é outro material usado como combustível em reatores nucleares e armas nucleares. | |
Urânio empobrecido | 19.1 | O urânio empobrecido é o urânio que possui uma concentração reduzida do isótopo físsil U-235 e é usado em aplicações militares e civis. |
Trítio | 0,08 | O trítio é um isótopo radioativo de hidrogênio usado na produção de energia de fusão nuclear e em dispositivos de iluminação. |
