Afinal, o que é densidade?

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Quando as festas de fim de ano se aproximam, é comum sermos confrontados por aquele tio cheio de piadinhas e suas perguntas inevitáveis: “O que pesa mais: 1 quilo de ferro ou 1 quilo de algodão?” — e ainda tem gente que erra.

Na verdade, o que confunde aqui é a palavra “pesado”, porque, embora usemos sempre o termo “peso” para nos referirmos à determinada grandeza, o correto é dizer “massa”, pois o peso é a força resultante da atração dos corpos em uma interação gravitacional.

Uma pessoa que pesa, por exemplo, 60 quilos, vai continuar tendo sempre essa massa, independentemente do lugar onde esteja; mas, se ela fizer uma viagem à Lua, o seu peso lá será de pouco menos de 10 quilos.

(Fonte: Giphy)

Densidade

Voltando ao exemplo do algodão e do ferro, ambos têm massas iguais, porém o algodão, para ter a mesma massa do ferro, ocupa um volume muito superior. Se os volumes de ferro e algodão forem iguais, a massa deste vai ser bem menor, passando uma ideia de leveza.

Sim, muitas vezes nos iludimos com os materiais. Quando vemos um objeto com volume maior, geralmente pensamos que ele tem mais massa que outro menor e por isso é mais pesado. Só que não! Essa regra só vale se os objetos forem feitos do mesmo material. Ainda assim, é perfeitamente possível termos um objeto de outro material que seja menor, mas pese mais. Nesse caso, teremos que reconhecer que o objeto tem uma massa maior, mesmo estando concentrado em um volume menor. E o correto é dizer que o objeto é mais denso.

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(Fonte: Giphy)

Conceito e fórmula

(Fonte: Giphy)

Imagine o elemento mais comum na face da Terra: a água. Se pegarmos duas porções de H2O com a mesma massa (200 gramas de água líquida e 200 gramas de água em estado sólido ou gelo), vamos perceber que a água congelada, apesar de ter a mesma massa da água em estado líquido, ocupa um volume bem menor.

É justamente da relação entre a massa de determinado objeto e o volume que ele ocupa que temos o conceito de densidade.

Foto: Manual da Química/Reprodução

Chegamos à fórmula da densidade, que pode ser escrita assim:

Foto: Manual da Química/Reprodução

Para uma melhor compreensão, vamos voltar ao exemplo da água.

Por que o gelo não afunda?

Fonte: Giphy
(Fonte: Giphy)

Usando a fórmula da propriedade específica, descobriremos que a densidade da água líquida é de 1 g/mL, enquanto a do gelo é de 0,9 g/mL. Dessa forma, chegamos à conclusão de que, quando comparamos água e gelo, este tem uma densidade menor do que a da água. E é por isso que ele flutua.

Mas ainda falta uma questão que não podemos deixar passar: por que o gelo (que nunca deixa de ser água) tem uma densidade diferente da água líquida?

A resposta é a seguinte: quando a água passa do estado líquido para o estado sólido, a baixa temperatura forma uma estrutura chamada de retículo cristalino, na qual as moléculas de H2O não têm mais aquela livre movimentação, aquele “deslizamento” de antes.

No retículo cristalino, as moléculas de água se unem por meio das ligações de hidrogênio, e entre essas estruturas hexagonais ficam espaços que permitem o alojamento de gases. São esses “vãos” que fazem com que a água em estado sólido seja mais leve. Quando o gelo começa a derreter (acima de 0 °C), os arranjos de hidrogênio diminuem, fragmentam-se, e a densidade da água aumenta.

Foto: Proec-UFABC/Reprodução

Experimentos

Terminada a explicação teórica, temos que partir para a prática.

Já sabemos que para avaliar a densidade de um material basta definir se ela é maior ou menor do que 1 g/mL-1. Sendo assim, basta mergulhar o objeto em estudo na água. Se ele tiver uma densidade maior do que a da água, irá afundar; se a densidade for menor, irá boiar. Simples assim!

Por isso dizemos que a densidade é relativa à densidade da água. E a densidade é também adimensional, pois é a razão entre duas densidades com mesmas unidades.

(Fonte: Giphy)
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