#1.2 Determinación de la Densidad en Sólidos y Líquidos

Índice 1. Introducción

2 2. Objetivos

3 3. Principios Teóricos

3 4. Materiales y Reactivos

6 5. Procedimiento Experimental

9 5.1. Líquidos 5.2. Sólidos 6. Tabla de Resultados

10 6.1. Líquidos 6.2. Sólidos 7. Gráficos

7.1. Líquidos 7.2. Sólidos 8. Discusión de Resultados

12 9. Conclusiones y recomendaciones

13 10. Bibliografía

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11. Cuestionario

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INTRODUCCION En el presente informe se desea explicar el procedimiento de cómo calcular la densidad de distintos cuerpos de manera experimental y comparar los resultados obtenidos con los valores teóricos. Recordar, que la densidad es una propiedad física intensiva, es decir, no depende de la cantidad de materia de la muestra, es un valor constante y único para cada sustancia. Lo que hace importante a la densidad son sus aplicaciones, como por ejemplo, obtener aproximadamente la cantidad de masa de una sustancia dentro de un cuerpo sin tener que romperlo o descomponerlo; también tenemos la prensa hidráulica, que nos permite convertir fuerzas pequeñas en otras capaces de cargar grandes masas, entre otras aplicaciones, siguiéndonos de los principios de la hidrostática. Existen diversas formas de poder obtener la densidad, por ejemplo, con el densímetro, que nos brinda la medida directa de la 2

densidad de un líquido; también encontramos al picnómetro, el cual permite hallar la densidad de cualquier sustancia sin importar en qué estado esté, sea sólido, líquido o gaseoso; de igual manera, también podemos encontrar la balanza hidrostática, con la cual podemos calcular la densidad de los sólidos; siendo una variante de la anterior, la balanza de Mohr, nos precisa la densidad de los líquidos; entre otros instrumentos, los cuales cumplen la misma función.

OBJETIVOS 1. Conocer y adquirir experiencia en el uso de los distintos tipos

de balanzas, estableciendo sus características, diferencias y posibilidades. 2. Adquirir experiencia en la estimación de las dimensiones, volúmenes y pesos. 3. Determinar experimentalmente la densidad de sólidos y

soluciones.

PRINCIPIOS TEORICOS

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El universo está constituido por materia, cuyas propiedades principales son la masa y el volumen que ocupa. Para determinar la masa de una cierta cantidad de materia, lo comparamos con una masa conocida en un instrumento conocido como balanza y la operación respectiva se conoce como “pesada”. El peso de una misma masa de materia es variable, porque depende de la atracción gravitatoria, sujeta a la variación geográfica (altitud, latitud); mientras que la masa es una cantidad constante invariable en cualquier punto del universo. Donde: P: Peso de la sustancia m: Masa de la sustancia g: Aceleración de la gravedad

Como el peso de un cuerpo es directamente proporcional a la masa y a la atracción gravitacional, al QUÍMICO le interesa solo la determinación de la MASA, que resulta al comparar con otras masas conocidas en una BALANZA. Se observará que la gravedad afecta exactamente a ambas MASAS del mismo modo, de allí que en un mismo lugar la MASA y el PESO, se usan como términos sinónimos. Considerando que la operación de pesar es una actividad muy constante en el laboratorio; es necesario conocer el uso adecuado de la balanza y los requisitos para una buena pesada, los cuales los mencionaremos en la sección de recomendaciones.

Densidad: También llamada masa específica, es la relación entre la MASA y el VOLUMEN de una muestra. El valor de esta propiedad puede identificar a una sustancia. 4

La densidad de sólidos y líquidos se expresa en g/mL ó g/cm³, lb/pie³, y la densidad de los gases en g/L. La densidad del agua a 4⁰C es 1,00 g/cm³ = 1,00g/mL = 62,4 lb/pie³.

Densidad relativa o peso específico: Es un número que designa la relación de la MASA de un cuerpo y la MASA de un volumen igual de la sustancia que se toma como patrón. Dado que se dividen magnitudes iguales, las unidades se terminan simplificando y vuelve a esta cantidad una magnitud adimensional. La densidad de los sólidos y líquidos generalmente se compara con la densidad del agua, y para gases el aire. Donde: : Densidad relativa : Densidad de un sólido o líquido : Densidad del agua a 4⁰C

Dada la formula, también se puede calcular de la siguiente manera: Donde: : Densidad relativa : Masa del sólido o líquido i

: Masa de un volumen igual de agua a 4⁰C

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DENSIDADES ESCOGIDAS

DE

ALGUNAS

SUSTANCIAS

Sustancia escogida

Densidad (g/mL)

Aire

0.001

Madera

0.160

Agua

1.000

Sal de mesa

2.160

Hierro

7.900

Oro

19.320

MATERIALES Y REACTIVOS 4.1.

Materiales

a. Una balanza con 0,1 de aproximación b. Tres densímetros o aerómetros c. Una pipeta cilíndrica de 10 mL 6

d. Tres probetas graduadas de: 50, 100 y 500 mL

Balanza Digital

Pipeta

4.2.

Densímetro

Probeta

Reactivos

a. Soluciones: NaCl, CuSO₄, H₂O y alcohol de 96⁰ b. Sólidos: Al, Cu y Fe

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Cloruro de Sodio NaCl Agua Destilada H₂O

Sulfato Cúprico CuSO₄

Aluminio Al

Etanol C₂H₅OH

Cobre Cu 8

Hierro

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 5.1.

Determinación de la densidad de los líquidos 1. Pesar en una probeta graduada de 50 mL limpia y seca

(aproximación de 0.1g). 2. Añadir con una pipeta de 10 mL de agua y luego pesar nuevamente. 3. Repetir la operación aumentando cada vez 10 mL, hasta llegar a 40 mL, pesando en cada aumento de volumen.

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4. Elaborar una tabla de resultados, hacer los cálculos necesarios y construir una gráfica con los datos de masa y volumen.

5.2. Determinación de la densidad de los sólidos El volumen de un sólido se determina por desplazamiento de un volumen de agua (Principio de Arquímedes). 1. En una probeta de plástico de 50 mL añadir 20 mL de agua (leer con una aproximación de 0.1 mL) anotar datos. 2. Pesar el sólido (el profesor le indicará) y colocarlo dentro de la probeta, el nuevo volumen alcanzado menos el volumen original, es el volumen de la muestra que pesó. 3. Repetir la experiencia con otra muestra, tabular los datos, hacer los cálculos correspondientes y las gráficas masa (g) vs. Volumen (mL) en papel milimetrado.

TABLA DE RESULTADOS 6.1. Líquidos •

Agua:

Muestra

Vol. (mL) del Líq.

H₂O

10 20 30 40

Masa (g) de la probeta 27,85 27,85 27,85 27,85

Masa (g) probeta + Líq. 37,66 47,43 57,20 66,95

Masa (g) del Líq.

Relación g / mL

9,81 19,58 29,35 39,10

0,981 0,979 0,978 0,977 10

•

Sulfato Cúprico:

Muestra

Vol. (mL) del Líq.

CuSO₄

10 20 30 40

•

Masa (g) probeta + Líq. 38,02 48,21 58,37 68,57

Masa (g) de la probeta 27,85 27,85 27,85 27,85

Masa (g) probeta + Líq. 37,91 47,94 58,04 68,01

Masa (g) de la probeta 27,85 27,85 27,85 27,85

Masa (g) probeta + Líq. 36,71 45,55 54,32 63,19

Masa (g) del Líq.

Relación g / mL

10,17 20,36 30,52 40,72

1,017 1,018 1,017 1,018

Masa (g) del Líq.

Relación g / mL

10,06 20,09 30,19 40,16

1,006 1,0045 1,004 1,004

Masa (g) del Líq.

Relación g / mL

8,86 17,7 26,47 35,34

0,886 0,885 0,882 0,883

Vol. (mL) del Sólido

Relación g / mL

1,954 3,51 5,48

6,97 8,02 7,80

Cloruro de Sodio:

Muestra

Vol. (mL) del Líq.

NaCl

10 20 30 40

•

Masa (g) de la probeta 27,85 27,85 27,85 27,85

Etanol:

Muestra

Vol. (mL) del Líq.

C₂H₅OH

10 20 30 40

Sólidos:

6.2. •

Hierro:

Muestra

Vol. (mL) De H₂O

Masa (g) del Sólido

Fe

20 20 20

13,62 14,54 14,64

Vol. (mL) del Sól. + H₂O 21,954 23,51 25,48

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•

Aluminio:

Muestra

Vol. (mL) De H₂O

Masa (g) del Sólido

Al

20 20 20

3,24 3,10 2,65

Muestra

Vol. (mL) De H₂O

Masa (g) del Sólido

Cu

20 20 20

9,66 11,13 17,49

Vol. (mL) del Sól. + H₂O 21 22,3 23,5

Vol. (mL) del Sólido

Relación g / mL

1 1,3 1,5

3,24 2,75 2,56

Vol. (mL) del Sólido

Relación g / mL

1,5 3 5

6,44 6,93 7,05

• Cobre: Vol. (mL) del Sól. + H₂O 21,5 23 25

DISCUSIÓN DE RESULTADOS El margen de error que se pueda haber registrado al calcular la densidad de los elementos, se debe en su gran mayoría a fallas de precisión debido a nuestra alta inexperiencia en la manipulación de los distintos instrumentos, sumado a factores ambientales, como la temperatura que de una u otra manera influye en el 12

cálculo de la densidad especialmente en el caso de los líquidos. Y factores geográficos como la altitud, dado que la presión varía según la altura a la que se encuentre y la presión al igual que la temperatura induce a una variabilidad al momento de hallar la densidad. En el desarrollo del cálculo experimental de la densidad de los sólidos, no logramos obtener la exactitud deseada, pues nos vimos limitados a la aproximación en algunos casos, por ejemplo, en la probeta, la escala de separación era de un 1 mL y algunas medidas nos salían entre las divisiones, por lo cual se aproximó con la vista la medida volumétrica mostrada. Otro detalle que acarreo nuestra falla en las mediciones, fueron las impurezas del material, ya que todos los materiales tienen ganga, y esta de una u otra forma afecta la exactitud e incrementa el margen de error.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES: • Aunque los resultados no sean los esperados, con lo observado llegamos a la conclusión que existe un margen de 13

error que quizás no afecte mucho a los cálculos, pero sí afecta al comparar con los valores teóricos. • Según las pruebas realizadas en el laboratorio se pudo comprobar que realmente el procedimiento usado no es tan exacto, pero sí muy cercano ya que el margen de diferencia entre los resultados es de centésimas y hasta de milésimas.

RECOMENDACIONES: •

Se

debe

tener

cuidado

cuando

se

manipulan

los

instrumentos, pues son muy delicados. •

Al momento de succionar el líquido con la pipeta, se crea un menisco, debido a la viscosidad del líquido. Para tomar una buena medida, la línea de indicación de la pipeta, debe ser tangente al punto más bajo del menisco.

• Si se hace en grupo, se recomienda dividirse el trabajo para poder ahorrar tiempo y poder hacer las medidas con calma, para lograr una mayor exactitud. • Calibrar la balanza para cada nueva pesada y revisar si se encuentra en 0,00.

BIBLIOGRAFÍA

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• Nilo Figueroa R. Química General Inorgánica – Orgánica Tomo 1 Amaru Editores – 2da Edición Pág. 88

WEBGRAFÍA • http://es.wikipedia.org/wiki/Peso • http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad • http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_relativa

CUESTIONARIO 1. La sensibilidad de la balanza es de 0,01 g. Platillo: Aquí se pone el objeto a pesar

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Pantalla: Nos muestra la medida.

Botones: El de encendido y apagado y el de calibraje.

2. Ya se ha indicado en la parte de recomendaciones. 3.

Precisión:

Se define a la precisión como la capacidad de un instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas en las mismas condiciones. Esta cualidad debe evaluarse a corto plazo. No debe confundirse con exactitud ni con reproducibilidad.

Exactitud: Se denomina exactitud a la capacidad de un instrumento de medir un valor cercano al valor de la magnitud real.

Sensibilidad: En electrónica, la sensibilidad se refiere a la mínima magnitud en la señal de entrada requerida para producir una determinada magnitud en la señal de salida. 4. • Hierro: ρ₀ = 7,87 g / mL  Densidad Teórica ρ₁ = 7,59 g / mL  Densidad promedio de las tres obtenidas

m = 10 g 16

→ V₀ = 1,27 mL → V₁ = 1,32 mL %e = [(V₀ - V₁)*100%]/V₀ %e = [(1,27 – 1,32)*100%]/1,27 cambiará el signo i %e = 3,94 % por exceso

 Se le

• Aluminio: ρ₀ = 2,70 g / mL  Densidad Teórica ρ₁ = 2,85 g / mL  Densidad promedio de las tres obtenidas

m = 10 g → V₀ = 3,70 mL → V₁ = 3,50 mL %e = [(V₀ - V₁)*100%]/V₀ %e = [(3,70 – 3,50)*100%]/3,70 %e = 5,40 % • Cobre: ρ₀ = 8,96 g / mL  Densidad Teórica ρ₁ = 7 g / mL

 Densidad promedio de las tres obtenidas

m = 10 g → V₀ = 1,12 mL → V₁ = 1,42 mL %e = [(V₀ - V₁)*100%]/V₀ %e = [(1,12 – 1,42)*100%]/1,12 cambiará el signo %e = 26,78 % por exceso

 Se le

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5. Datos:

Procedimiento:

m = 200g

ρ = 200 g / 10.5 mL

V = 10, 5 mL

ρ = 19,04

ρ₀ = 19,3 g/mL

Determinación del error: %e = [(ρ₀ - ρ)*100%]/ ρ %e = [(19,3 – 19,04)*100%]/19,3 %e = 1,35% 6. Datos: ρ₁ = 19,3 g/mL ρ₂ = 11,3 g/mL 19,3 g/mL m₁ = 50 g m₂ =?? V₁ = V₂

Procedimiento:  Densidad del oro  Densidad del plomo

i) V₁ = m₁ / ρ₁ V₁ = 50 g / V₁ = 2,59 mL V₂ = 2,59 mL ii) m₂ = ρ₂*V₂ m₂ = (11,3 g/mL)*(2,59

mL) m₂ = 29,27 g

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