A densidade é uma grandeza física definida como o quociente entre a massa de um corpo e o volume do mesmo. Também chamada de massa volúmica ou massa volumétrica, a densidade afere o grau de concentração da massa em determinado volume.
Grandeza fundamental para os cálculos de hidrodinâmica e hidrostática, é o parâmetro para medir o nível de concentração de matéria em um determinado volume. Desse, modo quanto maior ela for, maior será a quantidade de massa compactada em um determinado volume.
Bastante útil na etapa de seleção e descrição de materiais de diferentes projetos como mecânicos, físicos e químicos, a densidade serve para analisar estruturas, especificar um fluido corrosivo, escolher tipos de aço para determinada obra, dentre outros aspectos importantes.
Considerando que é uma propriedade única de cada material, ela serve como parâmetro para identificar elementos ignorados pela ciência até então, pois compara valores de densidade com os já tabelados.
Fórmula
A densidade é a massa por unidade de volume de uma substância e varia conforme a mudança de pressão e temperatura das substâncias. A variação ocorre porque o volume é uma grandeza que varia conforme a temperatura e a pressão.
Inversamente proporcional ao volume, em tese, quanto menor o volume ocupado por determinada massa, maior será a densidade. Isso porque quando a temperatura aumenta, as moléculas se expandem, aumentando o volume e, consequentemente, diminuindo a densidade.
A densidade de um corpo pode ser determinada pela quantidade de massa que ele possui dividida pelo volume que esse corpo ocupa. A fórmula matemática utilizada para calcular a densidade é a seguinte:
d = m/v
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de densidade é o quilograma por metro cúbico (kg/m³), no entanto as unidades mais utilizadas são o grama por centímetro cúbico (g/m³). Para substâncias líquidas também é utilizado o grama por mililitro (g/mL), já para substâncias gasosas, a unidade é expressa em gramas por litro (g/L).
Densidade relativa
É a relação entre a densidade de uma substância em comparação com a de outra substância de referência. Geralmente, a substância utilizada para calcular a densidade relativa é a água, que possui densidade de 1000 kg/m³ = 1.
Assim, uma substância com densidade relativa exatamente igual a 1 possui a mesma densidade da substância de referência, ou seja, elas possuem volumes iguais têm a mesma massa.
No caso da água, um material com uma densidade inferior a 1 vai flutuar. Por sua vez, uma substância com uma densidade relativa maior que 1 afundará quando imersa na água.
No caso dos líquidos, ela pode ser medida através densímetro. O aparelho é formado por um tubo de vidro com uma haste graduada em densidades. Ao ser imerso no líquido, o densímetro fica posicionado de forma que o nível do líquido fica exatamente em cima da graduação na haste.
O densímetro é utilizado para verificar adulterações em determinados produtos como leite, gasolina e etanol.
Densidades de misturas
Para calcular a densidade de uma substância composta ou de uma mistura, é necessário calcular a média ponderada das densidades das substâncias que compõem a mistura.
Cabe ressaltar que fenômenos de interações entre átomo, molécula e íons nas misturas ou composições, podem interferir nos cálculos, portanto, ela deve ser calculada a partir das proporções das interações entre cada um dos componentes.
Algumas substâncias do cotidiano e suas densidades
- Ar: Varia conforme a temperatura, pressão e nível de poluição atmosférica. Em condições normais, a densidade do ar é de aproximadamente 1,225 kg/m³.
- Água: Usada como parâmetro no cálculo da densidade relativa, a da água é de 1000 kg/m³.
- Óleo de cozinha: sua densidade é de aproximadamente 891 kg/m³. O uso do óleo é comum em experimentos de processos de mistura, que juntamente com água forma uma mistura heterogênea porque sua densidade é menor que a da água.
- Gasolina: bastante utilizada para aferir sua qualidade do produto, a densidade da gasolina comum oscila na faixa de 720 a 750 kg/m³.
- Alumínio: Já o alumínio é um objeto que afunda na água, pois, é mais denso do que a água, alcançando o valor de 2700 kg/m³.
- Glicerina: a glicerina tem densidade de aproximadamente 1260 kg/m³. Essa substância é muito utilizada em experimentos envolvendo vidro, pois são materiais que possuem índices de refração próximos.