DISEÑO EXPERIMENTAL PROBLEMA 4

CONTENIDO

Problema

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Introducción

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Objetivos

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Sujeto de estudio

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Variables

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Hipótesis

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Método

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Resultados

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Anexos

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Glosario

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Bibliografía

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PROBLEMA:

Determinar experimentalmente la relación cuantitativa entre la densidad de una disolución y su concentración

INTRODUCCION:

Una solución (o disolución) es una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus características individuales. Esto último significa que los constituyentes son indistinguibles y el conjunto se presenta en una sola fase (sólida, líquida o gas) bien definida. Una solución que contiene agua como solvente se llama solución acuosa. Si se analiza una muestra de alguna solución puede apreciarse que en cualquier parte de ella su composición es constante. Entonces, reiterando, llamaremos solución o disolución a las mezclas homogéneas que se encuentran en fase líquida. Es decir, las mezclas homogéneas que se presentan en fase sólida, como las aleaciones (acero, bronce, latón) o las que se hallan en fase gaseosa (aire, humo, etc.) no se les conoce como disoluciones. Las mezclas de gases, tales como la atmósfera, a veces también se consideran como soluciones. Las soluciones son distintas de los coloides y de las suspensiones en que las partículas del soluto son de tamaño molecular y están dispersas uniformemente entre las moléculas del solvente.

Concentración de soluciones: La concentración se refiere a la cantidad de soluto que hay en una masa o volumen determinado de solución o solvente. Puesto que términos como concentrado, diluido, saturado o insaturado son inespecíficos, existen maneras de expresar exactamente la cantidad de soluto en una solución. Mayor o menor concentración Ya dijimos que las disoluciones son mezclas de dos o más sustancias, por lo tanto se pueden mezclar agregando distintas cantidades: Para saber

exactamente la cantidad de soluto y de solvente de una disolución se utiliza una magnitud denominada concentración. Dependiendo de su concentración, las disoluciones se clasifican en diluidas, concentradas, saturadas, sobresaturadas. Los términos cuantitativos son cuando la concentración se expresa científicamente de una manera numérica muy exacta y precisa. Algunas de estas formas cuantitativas de medir la concentración son los porcentajes del soluto, la molaridad, la normalidad, y partes por millón, entre otras. Estas formas cuantitativas son las usadas tanto en la industria para la elaboración de productos como también en la investigación científica. Densidad Si bien la densidad no es una forma de expresar la concentración, ésta es proporcional a la concentración (en las mismas condiciones de temperatura y presión). Por esto en ocasiones se expresa la densidad de la disolución en condiciones normales en lugar de indicar la concentración; pero se usa más prácticamente y con disoluciones utilizadas muy ampliamente. Una solución concentrada tiene una cantidad relativamente mayor de soluto a disolvente que otras soluciones del mismo soluto y disolvente. Una solución diluida tiene una cantidad relativamente menor de soluto que las soluciones similares. Las unidades de concentración son:

OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL: Determinar experimentalmente la relación cuantitativa entre la densidad de una disolución (de un electrolito o un no electrolito) y su concentración.

OBJETIVOS PARTICULARES:

 Definir y expresar las unidades de concentración físicas y químicas.  Preparar disoluciones porcentuales y molares.  Describir las características de los instrumentos para medir densidad de la materia.  Manejar correctamente el picnómetro para determinar la densidad de una disolución.  Analizar las consecuencias entre las propiedades densidad y concentración para las disoluciones estudiadas.

SUJETO DE ESTUDIO: La densidad depende de la concentración de una solución expresa la relación de la cantidad de soluto a la cantidad de disolvente

VARIABLES: La(s) variable(s) independiente(s): concentración. La(s) variable(s) dependiente(s): densidad.

HIPOTESIS: Al agregarle más soluto a un disolvente cambiará la composición de las partículas en un volumen dado de solución). A mayor proporción de soluto disuelto (menos concentrada esta la disolución y a mayor proporción más concentrada esta) y por lo tanto se ve reflejada en la densidad de dicha solución.

METODO: Materiales y equipo:

 Bicarbonato de sodio comercial  Cloruro de sodio comercial (sal de mesa)  Sacarosa (azúcar)  Alcohol etílico (Etanol)  Acetona  Agua destilada  Pliego de papel encerado  Agitadores de vidrio  Espátula  Vidrio de reloj  Piseta  Matraces volumétricos (50 ml)  Picnómetro (25 ml)

 Pipeta graduada (10 ml; precisión de 0.1 ml)  Probeta graduada (100 ml; precisión de 1 ml)  Vasos de precipitados (250 ml; precisión de 50 ml)  Balanza granataría (capacidad de 610 g; precisión de 1 g )  Balanza analítica (150 g; precisión de 0.0001 g)  Propipeta  Termómetro (escala de 70°C; de -10°C a 60°C)  Hielo

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Para picnómetro (calibración)

 Pesar el picnómetro vacío, limpio y seco en la balanza analítica, anotar el valor con su error correspondiente.

 Llenar con agua destilada hasta la parte superior del recipiente y colocar el tapón. Se debe verificar que no exista la presencia de burbujas de aire en el interior del picnómetro o del capilar.

 Parte del líquido llena completamente el capilar y los bordes. Por lo tanto se debe de secar perfectamente el recipiente y el tapón por fuera. La presencia de líquido en las paredes externas es fuente de error. El nivel del agua debe de quedar por encima del aforo.

 Eliminar el exceso de líquido.  Volver a pesar el picnómetro lleno y perfectamente llenado hasta el borde.

 Ya que se determinó el peso, medir la temperatura del agua destilada, buscar la densidad de la sustancia (agua destilada) a dicha temperatura.

 Realizar el mismo procedimiento ahora con agua fría de preferencia a 4°C.

 Obtener a partir de estos datos la capacidad real del picnómetro expresada en ml, aplicando la fórmula que define densidad.

 Para ambas temperaturas de agua anotar el peso del agua como PA y PB. Siguiendo la siguiente formula:

Para sustancias sólidas:  Lavar bien el material a utilizar  Pesar las sustancias sólidas (sacarosa, cloruro de sodio, bicarbonato de sodio) en las balanzas.

 Llenar la probeta graduada con agua destilada a 30 ml, misma que hay que vaciar en el vaso precipitado.  Vaciar el soluto en el agua y disolverlos completamente.  Una vez disuelto vaciar al matraz volumétrico, aforar a su capacidad de 50 ml con agua destilada.  Agitar un poco y vaciar al picnómetro secar los residuos y pesar en la balanza.  Anotar el peso de la solución ya restando el peso del picnómetro como PS en la tabla. Con ayuda de la siguiente ecuación:

Para sustancias liquidas:  Llenar la probeta graduada con agua destilada a 30 ml, misma que hay que vaciar en el vaso precipitado.  Substraer de la botella la sustancia liquida (alcohol etílico, acetona) con la pipeta con ayuda de la propipeta.

 Vaciar el mismo en el agua y diluirlo completamente.  Una vez diluido vaciar al matraz volumétrico, aforar a su capacidad de 50 ml con agua destilada.  Agitar un poco y vaciar al picnómetro secar los residuos y pesar en la balanza.  Anotar el peso de la solución ya restando el peso del picnómetro como PS en la tabla. Con ayuda de la siguiente ecuación:

RESULTADOS: La tabla para registrar los resultados será la siguiente: Concentración (M)

Peso de la solución (g) PS

Peso de agua a “n” °C (g) PA

Peso de agua a “n” °C (g) PB

Densidad relativa 1

Densidad relativa 2

Primera concentración Segunda concentración Tercera concentración Cuarta concentración Quinta concentración Dependiendo de la sustancia solo se podrá hacer 4 concentraciones diferentes.

ANEXOS: Cálculos para obtención de la cantidad de sustancia a agregar para preparar las soluciones a dichas concentraciones:

Para el cloruro de sodio comercial (sal de mesa): (

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Para la sacarosa (azúcar): (

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Para el bicarbonato de sodio comercial: (

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Para el etanol (alcohol etílico a 96°):

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En estos cálculos faltan los del óxido de calcio y acetona.

Imágenes sobre el procedimiento:

DISOLVIENDO SOLUTO

DISOLUCION EN EL MATARAZ VOLUMETRICO

GLOSARIO:

Una solución (o disolución): Es una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus características individuales. Esto último significa que los constituyentes son indistinguibles y el conjunto se presenta en una sola fase (sólida, líquida o gas) bien definida. Soluto: es aquel componente que se encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve. El soluto puede ser sólido, líquido o gas.

Solvente: es aquel componente que se encuentra en mayor cantidad y es el medio que disuelve al soluto. El solvente es aquella fase en que se encuentra la solución. Aunque un solvente puede ser un gas, líquido o sólido, el solvente más común es el agua.

CLASIFICACION DE DISOLUCIONES:

Dependiendo de su concentración, las disoluciones se clasifican en diluidas, concentradas, saturadas, sobresaturadas. Diluidas: si la cantidad de soluto respecto del solvente es pequeña Concentradas: si la proporción de soluto con respecto del solvente es grande. Ejemplo: una disolución de 25 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua. Saturadas: se dice que una disolución está saturada a una determinada temperatura cuando no admite más cantidad de soluto disuelto Sobresaturadas: disolución que contiene mayor cantidad de soluto que la permitida a una temperatura determinada. La sobresaturación se produce por enfriamientos rápidos o por descompresiones bruscas La solubilidad: es la mayor cantidad de soluto (gramos de sustancia) que se puede disolver en 100 gramos (g). De disolvente a una temperatura fija, para formar una disolución saturada en cierta cantidad de disolvente. Pureza: Involucra a cualquier sustancia que es homogénea en su composición molecular (que tiene el aspecto claro de una sola sustancia) y uniforme. Por ejemplo, la mezcla de aceite y agua haría impura y heterogénea al agua (es decir, tiene el aspecto de más de una sustancia). Aforar: Llevar un volumen de un líquido contenido en un recipiente especial, (matraz aforado) hasta cierta marca o aforo, que indican que la cantidad de líquido contenido en el recipiente hasta dicha marca es exactamente cierto volumen indicado en el rótulo del recipiente. Estudio cuantitativo: Es aquel estudio en el que se recogen y analizan datos cuantitativos sobre variables. Análisis matemático: Es una rama de la matemática que estudia los números reales, los complejos y construcciones derivadas a partir de ellos, teniendo como conceptos fundamentales la función, el límite y la continuidad.

Regresión lineal: Es un método matemático que modela la relación entre una variable dependiente Y, las variables independientes Xi y un término aleatorio ε. Varianza: Sirve para identificar a la media de las desviaciones cuadráticas de una variable de carácter aleatorio, considerando el valor medio de ésta. Desviación estándar: Es una medida de dispersión para variables de razón (variables cuantitativas o cantidades racionales) y de intervalo. Se define como la raíz cuadrada de la varianza. Error sistemático: Se denomina error sistemático a aquel que es constante a lo largo de todo el proceso de medida y, por tanto, afecta a todas las medidas de un modo definido y es el mismo para todas ellas. Error aleatorio: Es aquel error inevitable que se produce por eventos únicos imposibles de controlar durante el proceso de medición. Se contrapone al concepto de error sistemático. Error relativo: Se define como el cociente entre el error absoluto ∆x y el valor real xv de la magnitud.

BIBLIOGRAFIA ARCE RINCON ALVARO-LEON ROCHA ALONSO abc Física segundo curso octava ed. Pp.22-25 128-138