Como encontrar o volume em um tubo de ensaio

Encontrando o volume de um tubo de ensaio ou tubo de RMN é um cálculo químico comum, tanto no laboratório por razões práticas quanto na sala de aula, para aprender a converter unidades e relatar números significativos. Aqui estão três maneiras de encontrar o volume.

Um tubo de ensaio típico tem um fundo arredondado, mas os tubos NMR e alguns outros tubos de teste têm um fundo plano, portanto o volume contido neles é um cilindro. Você pode obter uma medida razoavelmente precisa do volume medindo o diâmetro interno do tubo e a altura do líquido.

• A melhor maneira de medir o diâmetro de um tubo de ensaio é medir a maior distância entre as superfícies internas de vidro ou plástico. Se você medir todo o percurso de ponta a ponta, incluirá o próprio tubo de ensaio em suas medições, o que não está correto.
• Meça o volume da amostra de onde começa no fundo do tubo até a base do menisco (para líquidos) ou a camada superior da amostra. Não meça o tubo de ensaio da parte inferior da base até onde termina.

Use o fórmula para o volume de um cilindro para executar o cálculo:

V = πr²h

onde V é volume, π é pi (cerca de 3,14 ou 3,14159), r é o raio do cilindro e h é a altura da amostra

O diâmetro (que você mediu) é o dobro do raio (ou o raio tem metade do diâmetro); portanto, a equação pode ser reescrita:

V = π (1/2 d)²h

onde d é diâmetro

Digamos que você mede um tubo de RMN e encontre o diâmetro em 18,1 mm e a altura em 3,24 cm. Calcule o volume. Relate sua resposta para o 0,1 ml mais próximo.

Primeiro, convém converter as unidades para que sejam iguais. Por favor, use cm como suas unidades, porque um centímetro cúbico é um mililitro! Isso evitará problemas quando chegar a hora de relatar seu volume.

Como são 10 mm em 1 cm, para converter 18,1 mm em cm:

diâmetro = (18,1 mm) x (1 cm / 10 mm) [observe como a mm cancela]
diâmetro = 1,81 cm

Agora, insira os valores na equação do volume:

V = π (1/2 d)²h
V = (3,14) (1,81 cm / 2)²(3,12 cm)
V = 8,024 cm³ [da calculadora]

Como há 1 ml em 1 centímetro cúbico:

V = 8,024 ml

Mas isso é precisão irrealista, dadas suas medidas. Se você reportar o valor ao 0,1 ml mais próximo, a resposta é:

V = 8,0 ml

Se você conhece a composição do conteúdo do tubo de ensaio, pode procurar sua densidade para encontrar o volume. Lembre-se, densidade igual massa por unidade de volume.

Obter a massa do tubo de ensaio vazio.

Obtenha a massa do tubo de ensaio mais a amostra.

A massa da amostra é:

massa = (massa do tubo de ensaio cheio) - (massa do tubo de ensaio vazio)

Agora, use a densidade da amostra para encontrar seu volume. Verifique se as unidades de densidade são iguais às da massa e do volume que você deseja relatar. Pode ser necessário converter unidades.

densidade = (massa da amostra) / (volume da amostra)

Reorganizando a equação:

Volume = Densidade x Massa

Espero erro neste cálculo das suas medições de massa e de qualquer diferença entre a densidade relatada e a densidade real. Isso geralmente acontece se a sua amostra não for pura ou a temperatura for diferente daquela usada para a medição da densidade.

Observe que um tubo de ensaio normal tem um fundo arredondado. Isso significa que usar a fórmula para o volume de um cilindro produzirá um erro no seu cálculo. Além disso, é complicado tentar medir o diâmetro interno do tubo. A melhor maneira de encontrar o volume do tubo de ensaio é transferir o líquido para um cilindro graduado limpo para fazer uma leitura. Observe que também haverá algum erro nessa medição. Um pequeno volume de líquido pode ser deixado para trás no tubo de ensaio durante a transferência para o cilindro graduado. Certamente, parte da amostra permanecerá no cilindro graduado quando você a transferir de volta para o tubo de ensaio. Tenha isto em conta.

Ainda outro método para obter o volume de um tubo de ensaio arredondado é combinar o volume de um cilindro com metade do volume da esfera (o hemisfério que é o fundo arredondado). Lembre-se de que a espessura do vidro na parte inferior do tubo pode ser diferente da espessura das paredes; portanto, existe um erro inerente neste cálculo.