I. OBJETIVOS
1 Determinar la variación de la densidad con las diferentes concentraciones de sal.
2Hacer uso del método del picnómetro y densímetro para luego compararlos
3Pesar correctamente en la balanza electrónica.
4 Comparar los datos obtenidos con los valores del manual del Ingeniero Químico.
5Hacer uso de nuestros sentidos con las diversas pruebas para luego proceder a realizar un cuadro comparativo, donde cada grupo compara sus resultados obtenidos.
II.
INTRODUCCION:
La
finalidad de este trabajo es dar a conocer más
a fondo las propiedades generales y
específicas de la materia haciendo como primer paso una práctica de laboratorio encontrando la masa, el volumen y
la densidad, midiendo esto en una probeta y encontrando las diferentes medidas en diversas sustancias como agua, granalla de zinc,
etanol y una moneda .
El objetivo general es dar a conocer los conceptos y clases de propiedades de la materia. En las propiedades de la materia encontramos la densidad la cual es la masa de una sustancia y el volumen que ocupa un cuerpo, también encontramos otras propiedades que son especificas por ejemplo el punto de ebullición y el punto de fusión los cuales no dependen de la más sino solo de su material.
La mayoría de las mediciones se realizan
para ocuparlas en cálculos para obtener otras cantidades relacionadas. Hay
diferentes instrumentos que nos permiten medir las propiedades de las
sustancias: con la cinta métrica se miden longitudes, con la bureta, la pipeta
y el matraz volumétrico se miden volúmenes; con la balanza se mide masa y con
el termómetro se mide la temperatura. Las propiedades características son
aquellas que dependen de la naturaleza del material y que permiten
identificarlo.
I.
MARCO
TEÓRICO
3.1. Densidad en líquidos
a)
Fundamento
Teórico:
Aunque toda la materia posee masa y
volumen, la misma masa de sustancias diferentes tiende a ocupar distintos
volúmenes, así notamos que el hierro o el hormigón son pesados; mientras que la
misma cantidad de goma de borrar o plásticos son ligeros. La propiedad que nos
permite determinar la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de
densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá.
b) La densidad absoluta:
Definida corno la masa de una sustancia
dividida entre su volumen es una, propiedad intensiva de la materia:
c)
La
densidad relativa o gravedad específica:
Donde
es la densidad relativa,
es la densidad de la sustancia, y
es la densidad de referencia o absoluta.



d)
Peso específico:
Es el
peso de un compuesto por unidad de volumen:
e)
Volumen específico:
Se define como volumen por unidad de
masa, entonces constituye el recíproco
de la densidad:
f)
Cambios de densidad:
En general, la densidad de
una sustancia varía cuando cambia la presión o la temperatura, y en los cambios
de estado.
• Cuando
aumenta la presión, la densidad de cualquier material estable también aumenta.
• Como
regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión
permanece constante). Sin embargo, existen notables excepciones a esta regla.
Por ejemplo, la densidad del agua dulce crece entre el punto de fusión (a 0 °C)
y los 4 °C; algo similar ocurre con el silicio a bajas temperaturas.
El efecto de la temperatura
y la presión en los sólidos y líquidos es muy pequeño, por lo que típicamente
la compresibilidad de un líquido o sólido es de 10–6 bar–1 (1 bar=0,1 MPa) y el
coeficiente de dilatación térmica es de 10–5 K–1.
Por otro lado, la densidad
de los gases es fuertemente afectada por la presión y la temperatura. La ley de
los gases ideales describe matemáticamente la relación entre estas tres
magnitudes:
Donde es la constante universal de los gases
ideales, es la presión del gas, su masa molar y la temperatura absoluta.
Eso significa que un gas ideal
a 300 K (27 °C) y 1 atm duplicará su densidad si se aumenta la presión a 2 atm
manteniendo la temperatura constante o, alternativamente, se reduce su
temperatura a 150 K manteniendo la presión constante.
g) La densidad de líquidos se determina
empleando:
·
Picnómetro:
También llamado botella de gravedad
específica, aparato que se utiliza para determinar las densidades de distintas
sustancias
Consiste en un pequeño frasco de vidrio de cuello estrecho, cerrado con
un tapón esmerilado, hueco y que termina por su parte superior en un tubo
capilar con graduaciones de tal manera que un volumen puede obtenerse con gran
precisión. Esto permite medir la densidad de un fluido, en referencia a la de
un fluido de densidad conocida como el agua o el mercurio.
Para líquidos el volumen del picnómetro se
determina por el peso del agua con que se llena. Conociendo la masa y la
densidad del agua a la temperatura de prueba, puede calcularse el volumen del
picnómetro. Para mediciones exactas no es recomendable emplear picnómetros con
volúmenes mayores a 30 ml.
- Hidrómetros:
Se emplean hidrómetros da peso constante para
determinar densidades de líquidos. Los hidrómetros se basan en el principio de
que un cuerpo flotante desplaza su propio peso de fluido.
El
instrumento se coloca dentro del fluido y la densidad del fluido es leída sobre
la escala del cuello.
·
Densímetro:
Un densímetro, es un instrumento de medición que sirve para determinar la densidad
relativa de los líquidos sin necesidad de calcular
antes su masa y volumen. Normalmente, está hecho de vidrio y consiste en un cilindro hueco con
un bulbo pesado en su extremo para que pueda flotar en posición vertical.
El término utilizado en inglés es “hydrometer”; sin embargo, en español,
un hidrómetro es
un instrumento muy diferente que sirve para medir el caudal, la velocidad o la presión
de un líquido en movimiento.
ü
Modo
de empleo:
El densímetro se introduce gradualmente en el líquido para que flote
libremente y verticalmente. A continuación se observa en la escala el punto en
el que la superficie del líquido toca el cilindro del densímetro. Los
densímetros generalmente contienen una escala de papel dentro de ellos para que
se pueda leer directamente la densidad específica.
En
líquidos ligeros, como querosene, gasolina, y alcohol, el densímetro se
debe hundir más para disponer el peso del líquido que en líquidos densos como agua salada,
leche, y ácidos. De hecho, es usual tener dos instrumentos distintos: uno para
los líquidos
en general y otro para los líquidos poco densos, teniendo como diferencia la
posición de las marcas medidas.
El
densímetro se utiliza también en la enología para saber en qué momento de
maceración se encuentra el vino. En el caso del alcohol el que se utiliza para
medir, es el alcoholímetro de Gay Lussac, con este se determina los grados Gay
Lussac para determinar estos grados.
ü Tipos de
densímetro
La forma más conocida de densímetro es
la que se usa para medir la densidad de leche, llamado lactómetro, que sirve
para conocer la calidad de la leche.
La densidad específica de la leche de
vaca varía de 1,027 hasta 1,035. Como la leche contiene otras sustancias,
aparte de agua (87%), también se puede saber la densidad específica de
albúmina, azúcar, sal, y otras sustancias más ligeras que el agua.
Para comprobar el estado de carga de una batería se utiliza variedad de densímetro. Está constituido por una
probeta de cristal, con una prolongación abierta, para introducir por ella el
líquido a medir, el cual se absorbe por el vacío y el asado interno que crea
una manzana de goma situada en la parte superior de la probeta. En el interior
de la misma va situada una ampolla de vidrio, cerrada y llena de aire,
equilibrada con un peso a base de perdigones de plomo. La ampolla va graduada
en unidades densimétricas, de 1 a 1,30.
·
Lactómetro - Para medir la densidad específica y
calidad de la leche.
·
Sacarómetro - Para medir la cantidad de azúcar de
una melaza.
·
Salímetro - Para medir la densidad específica de las
sales.
·
Areómetro Baumé - Para medir concentraciones de
disoluciones.
La escala Baumé se basa en considerar el
valor de 10ºBé al agua destilada. Existen fórmulas de conversión de ºBé en
densidades:
·
Para líquidos más densos que el agua: d = 146'3/(136'3+n)
·
Para líquidos menos densos que el agua: d =
146'3/(136'3-n)
Para medir el peso de las muestras
utilizaremos:
3.2 La balanza:
Es un instrumento de laboratorio que mide la masa de un cuerpo o sustancia química, utilizando como
medio de comparación la fuerza de la gravedad que actúa sobre el cuerpo. La
palabra proviene de los términos latinos:
·
bis que significa dos.
·
linx que significa plato.
Se debe tener en cuenta que el peso es
la fuerza que el campo gravitacional ejerce sobre la masa de un cuerpo, siendo
tal fuerza el producto de la masa por la aceleración local de la
gravedad. [F = m x g]. El
término local se incluye para destacar que la aceleración depende de factores
como la latitud geográfica, la altura sobre el nivel del mar y la densidad de
la tierra, en el lugar donde se efectúa la medición. Dicha fuerza se mide en
Newton.
La balanza tiene otros nombres,
entre los que destacan báscula y pesa.
3.2.1 Tipos de balanza:
Las balanzas se diferencian entre sí por
el diseño,
los principios utilizados y los criterios de metrología que utilizan. En la
actualidad podría considerarse que existen dos grandes grupos: las balanzas mecánicas y
las balanzas electrónicas.
a)
Balanzas Mecánicas: Algunas de las más
comunes son las siguientes:
ü
Balanza de resorte. Su funcionamiento está basado en una propiedad mecánica
de los resortes, que consiste en que la fuerza que ejerce un resorte es
proporcional a la constante de elasticidad del resorte [k] multiplicada por la
elongación del mismo [x] [F = -kx]. Lo anterior implica que mientras más grande
sea la masa [m] que se coloca en el platillo de la balanza, mayor será la
elongación, siendo la misma proporcional a la masa y a la constante del
resorte. La calibración de una balanza de resorte depende de la fuerza de
gravedad que actúa sobre el objeto, por lo que deben calibrarse en el lugar de
empleo. Se utilizan si no se requiere gran precisión.
ü
Balanza de pesa deslizante. Dispone de dos masas
conocidas que se pueden desplazar sobre escalas –una con una graduación macro y
la otra con una graduación micro–; al colocar una sustancia de masa desconocida
sobre la bandeja, se determina su peso deslizando las masas sobre las escalas
mencionadas hasta que se obtenga la posición de equilibrio. En dicho momento se
toma la lectura sumando las cantidades indicadas por la posición de las masas
sobre las escalas mencionadas
ü
Balanza analítica. Funciona mediante la comparación de masas de peso
conocido con la masa de una sustancia de peso desconocido.
Está construida con base en una barra
o palanca simétrica que se apoya mediante un soporte tipo cuchilla en un punto
central denominado fulcro. En sus extremos existen unos estribos o casquillos
que también están soportados mediante unas cuchillas que les permiten oscilar
suavemente. De allí se encuentran suspendidos dos platillos.
En uno se colocan las masas o pesas
certificadas y en el otro aquellas que es necesario analizar. Todo el conjunto
dispone de un sistema de aseguramiento o bloqueo que permite a la palanca
principal reposar de forma estable cuando no es utilizada o cuando se requieren
modificar los contrapesos. Dispone de una caja externa que protege la balanza
de las interferencias, como corrientes de aire, que pudieran presentarse en el
lugar donde se encuentra instalada.
En la actualidad, se considera que una
balanza analítica es aquella que puede pesar diez milésimas de gramo (0,0001 g)
o cien milésimas de gramo (0,00001 g); tienen una capacidad que alcanza
generalmente hasta los 200 gramos.
ü
Balanza de plato superior. Este tipo de balanza dispone de un platillo de carga
colocado en la parte superior, el cual es soportado por una columna que se
mantiene en posición vertical por dos pares de guías que tienen acoples
flexibles.
El efecto de la fuerza, producido por
la masa, es transmitido desde algún punto de la columna vertical o bien
directamente o mediante algún mecanismo a la celda de carga. La exigencia de
este tipo de mecanismo consiste en mantener el paralelismo de las guías con una
exactitud de hasta ± 1 μm.
Las desviaciones de
paralelismo causan un error conocido como de carga lateral que se presenta
cuando la masa que está siendo pesada muestra diferencias, si la lectura se
toma en el centro del platillo o en uno de sus extremos. El esquema que se
incluye a continuación explica el principio de operación, el cual algunos
fabricantes han introducido a las balanzas electrónicas.
ü
Balanza de sustitución. Es una balanza de platillo único. Se coloca sobre el
platillo de pesaje una masa desconocida que se equilibra al retirar, del lado
del contrapeso, masas de magnitud conocida, utilizando un sistema mecánico de
levas hasta que se alcance una posición de equilibrio. El fulcro generalmente
está descentrado con relación a la longitud de la viga de carga y colocado
cerca del frente de la balanza.
Cuando se coloca una masa sobre el
platillo de pesaje y se libera la balanza del mecanismo de bloqueo, el
movimiento de la viga de carga se proyecta mediante un sistema óptico a una
pantalla localizada en la parte frontal del instrumento.
ü
Balanzas Electrónicas: Las balanzas
electrónicas involucran tres elementos básicos:
·
Un
transductor de medida, conocido con el nombre de celda de carga, produce una
señal de salida proporcional a la fuerza de carga, en forma de cambios en el
voltaje o de frecuencia.
·
Un
circuito electrónico análogo digital que finalmente presenta el resultado del
pesaje en forma digital.
ü
Sistema de procesamiento de la señal: El sistema de procesamiento de la señal está compuesto
por el circuito que transforma la señal eléctrica, emitida por el transductor
de medida en datos numéricos que pueden ser leídos en una pantalla.
El proceso de la señal comprende las
siguientes funciones:
1. Tara.
Se utiliza para colocar en cero el valor de la lectura, con cualquier carga
dentro del rango de capacidad de la balanza. Se controla con un botón ubicado
generalmente en el frente de la balanza.
2. Control
para ajuste del tiempo de integración. Los valores de peso son promediados
durante un período predefinido de tiempo. Dicha función es muy útil cuando se
requiere efectuar operaciones de pesaje en condiciones inestables. Por ejemplo:
presencia de corrientes de aire o vibraciones.
3.
Redondeo del resultado. En general las balanzas electrónicas procesan datos
internamente de mayor resolución que aquellos que se presentan en la pantalla.
De esta forma se logra centrar exactamente la balanza en el punto cero, cuando
la balanza es tarada. El valor interno neto se redondea en la pantalla.
4. Detector
de estabilidad. Se utiliza en operaciones de pesaje secuencial y permite
comparar los resultados entre sí. Cuando el resultado se mantiene, es liberado
y puesto en pantalla, aspecto que se detecta al encenderse el símbolo de la
unidad de peso seleccionada.
5. El procesamiento electrónico de las
señales permite disponer de otras funciones tales como conteo de partes, valor
porcentual, valor objetivo, entre otras. Dichos cálculos son realizados por el
microprocesador, de acuerdo con las instrucciones que el operador ingresa a
través del teclado de la balanza.
ü Clasificación de
Balanzas:
La Organización Internacional de
Metrología Legal (OIML) ha clasificado las balanzas en cuatro grupos:
·
Grupo I: Balanzas de exactitud especial
·
Grupo II: Balanzas de exactitud alta
·
Grupo III: Balanzas de exactitud media
·
Grupo I: Balanzas de exactitud ordinaria
3.3 MEDICIÓN
Es la asignación de un
número que indica el tamaño o magnitud de
lo observable.
La selección de los
elementos observables es puramente arbitraria y se basa en la experiencia y la
utilidad. Los elementos observables fundamentales, de los que pueden derivarse
todos los demás, son la longitud, la masa y el tiempo. Una vez que se ha
seleccionado lo observable, deben asignarse las unidades de medición para los
tres.
En las ciencias físicas, el
sistema de unidades universalmente aceptado es el métrico, o denominado sistema
C.G.S.
Toda la medición es inexacta
en mayor o menor grado dependiendo está el operador y del instrumento de medida
por lo que debe tenerse en cuenta lo que viene a ser el “error de medida”.
3.3.1 MEDICION DE MASA
3.3.1.1 Masa
Es una medida de la inercia.
Más estrictamente la masa es una medida de la cantidad de materia de un cuerpo.
No varía de un lugar a otro en el universo. Se determina mediante una balanza.
El fundamento de todas las mediciones de masa esta en comparar el peso del
objeto investigado con el peso de objetos de masa conocida.
3.3.2 MEDICION DE VOLUMEN
3.3.2.1 Volumen de Solidos
Para determinar el volumen
de los sólidos se debe tener en cuenta si se trata de un sólido regular (solido
geométrico), en cuyo caso se hará uso de fórmulas geométricas conocidas. Si se
trata de un sólido irregular (amorfo), su volumen se determinara por la
cantidad de agua desplazada por el sólido, cuyo volumen se requiere determinar,
que viene a ser una aplicación del Principio de Arquímedes.
3.3.2.2 Volumen de Líquidos
Para la medición volumétrica
de líquidos deberá considerarse lo siguiente. El menisco o sea la forma de la
superficie del líquido, cuando este es observado tanto en la parte inferior y
superior, da la idea de medida.
Si el líquido moja las
paredes del recipiente (ejemplo: el agua), se considera como aceptable para una
buena medición la parte inferior del menisco (superficie cóncava).
3.3.3 MEDICION DE TEMPERATURA
3.3.3.1 Temperatura
Mide la intensidad o nivel calorífico de
un sistema o de un cuerpo. Para medición de la temperatura se hace uso del
termómetro, el que contiene mercurio sellado dentro de un tubo de vidrio
(capilar).Los pirómetros, registran la energía radiante que se desprende de un
cuerpo caliente, o sea se utilizan cuando se tienen temperaturas muy altas.
v ERROR
Es la diferencia existente
entre el valor obtenido durante la práctica y el valor verdadero o real. Se
conocen dos clases de errores.
·
Error
Absoluto
Viene a ser la diferencia
entre el valor medido (vm), y el
valor real (vr), puede ser por exceso (errores positivos) o
puede ser por defecto (errores negativos).
·
Error
Relativo
Es el cociente obtenido de
dividir el error absoluto (Eabs), por el valor verdadero (vr),
que frecuentemente, se expresa en forma de porcentaje, denominándosele
porcentaje de error, siendo este error la que nos da la exactitud de la medida.
Error absoluto = Eabs
= vm - vr
Error relativo =
Porcentaje de error = % de
error = Error relativo x 100
El porcentaje relativo a
diferencia del absoluto, es una magnitud adimensional.
·
Precisión
Es la capacidad de un
instrumento de dar el mismo resultado en mediciones diferentes realizadas de la
misma manera; es decir, indica cuanto concuerda varias determinaciones de una
misma cantidad.
·
Exactitud
Es la capacidad de un
instrumento de acercarse al valor de la magnitud real, es decir la cercanía del
valor experimental obtenido con el valor exacto de una medida, se puede indicar
también que es la concordancia de la medición por el valor presentado de la
cantidad de una sustancia.
IV.
DATOS
4.1
Parte Experimental
Ø Reactivos
ü Agua
destilada
ü Granallas
de Zinc
ü Metanol
ü Humectante
ü Solución
de NaCl
ü Agua
des ionizada
Ø Materiales y equipo
ü Placa
de Petri
ü Vaso
de Precipitado
ü Probeta
ü Densímetro
ü Picnómetro
ü Balanza
analítica
ü Estufa
eléctrica
ü Regla
metálica
ü Pipeta
volumétrica
ü Termómetro
ü Pipeteador
ü Papel
toalla
4.1.1 Medición de la
densidad de sólidos
4.1.1.1 Medición de la densidad de sólidos
regulares
En este caso calcularemos la densidad de una
moneda.
Paso
1:
·
Pesamos previamente la Placa de Petri en la
balanza analítica y procedemos a volver a pesar la Placa de Petri con la moneda
(anotar los resultados)
Paso
2:
·
Con la ayuda de la regla metálica calculamos
las medidas de una moneda de 20 céntimos. Anotar los datos
·
Con las medidas obtenidas calculamos el
volumen de la moneda.
v= 1.0409 ml
Paso 4:
·
Con el volumen calculado en el paso anterior,
procedemos a hallar la densidad del sólido.
4.1.1.2 Medición de la densidad de sólidos
irregulares
4.1.1.2.1 Densidad aparente del zinc
Paso
1:
·
Calculamos el peso de la placa de Petri en la
balanza analítica, la cual tuvo un peso de 35.81 gramos.
Paso
2:
·
De la misma forma calculamos el peso de las
granallas de zinc, con la que obtuvimos un peso de 71.56 gramos.
Paso
3:
·
En una probeta medimos 10 ml de agua
destilada y luego agregamos las granallas de zinc y volvemos a medir.
Resultados
4.1.1.2.1
Masa placa Petri = 35.81 g
Masa placa de Petri + masa
zinc = 71.56 g
Masa zinc = 35.75 g
Volumen probeta = 10 ml
Volumen probeta + volumen
zinc = 15.05 ml
Hallamos la densidad aparente:
ρ =
4.1.1.2.2 Densidad real del Zinc:
Paso 1:
·
Dividimos en tres partes las granallas de
zinc y pesamos la masa de cada porción en la balanza analítica.
·
Medimos en una probeta 10 ml de agua
destilada y procedemos a agregar cada una de las partes de zinc para volver a
medir, repetimos este procedimiento con cada una de las partes.
Resultados
4.1.2.2
MUESTRA 1
|
MUESTRA 2
|
MUESTRA 3
|
m pp.= 35.81g
m pp.+ m zinc = 47.74g
m zinc = 11.93
g
|
m pp.=
35.81g
m pp.+ m
zinc = 47.72g
m zinc = 11.91 g
|
m pp.=
35.81g
m pp.+ m
zinc = 47.70g
m zinc = 11.89 g
|
v probeta = 10 ml
v probeta + v zinc = 11.5ml
v. zinc = 1.5ml
|
v probeta =
10 ml
v probeta +
v zinc = 12.0ml
v. zinc = 2 ml
|
v probeta =
10 ml
v probeta +
v zinc = 11.7ml
|
ρ =
|
ρ =
|
·
Hallamos
la densidad promedio:
ρ promedio = = 6.967 

·
Hallamos la desviación estándar :
·
Comparamos la densidad promedio con la
densidad que aparece en el manual del Ingeniero Químico
Densidad
promedio: ρ = 6.967
Densidad
real: ρ = 7.135
·
Error absoluto
·
Porcentaje de error
%
error = Error Absoluto x 100%
%
error = 0.168 x 100%
%error = 16.8%
4.1.2 Medición de la
densidad de líquidos
Utilizaremos
humectante, solución de NaCl al 9% y metanol.
Paso 1:
·
Pesar el picnómetro vacío y seco en la
balanza analítica, luego llenarlo con agua destilada hasta el ras, taparlo,
secarlo bien y volver a pesar. Anotar los datos.
·
Llénelo completamente de agua utilizando una
jeringa o pipeta y enseguida colóquele su tapón. Al colocarlo, parte del
líquido se derramará y por lo tanto deberá secar perfectamente el recipiente y
el tapón por fuera. Si queda líquido en las paredes externas provocará error en
la medición. Asegúrese de que esto no suceda.
Paso 3:
·
Luego llenar en un vaso de precipitado el
agua destilada y medir la temperatura.
Paso 4:
·
Proceder a secar el picnómetro en la estufa eléctrica
durante 6 minutos y retirarlo con mucho cuidado. Volver a pesarlo para
corroborar si es el mismo peso inicial.
Paso
5:
Resultados 4.1.2
4.1.2.2 Densidad real del NaCl al 9%
Densidad obtenida en laboratorio = 1.055
Densidad
real = 1.05412
·
Error
Absoluto
·
Porcentaje
de error:
%
error = Error Absoluto x 100%
% error
= 0.4862 x 100%
% error = 48.62 %
4.1.2.3 Densidad real del
Metanol
Densidad obtenida en laboratorio = 0.784
Densidad real = 0.9831
·
Error
Absoluto
Porcentaje
de error:
%
error = Error Absoluto x 100%
%
error = 0.1991 x 100%
% error = 19.91 %
V.
CONCLUSIONES
1.
La medida de la densidad es susceptible a
verse afectada por los cambios en la temperatura ambiental, una medición no
será igual a otra si es que fue medida
en 22° o 25°.
2.
El picnómetro es un material que debe ser
utilizado con sumo cuidado para no contaminarlo, ya que cualquier materia
extraña a la muestra, aparece en el pesado de este.
3.
Debemos observar que el picnómetro se
encuentre cerrado y se encuentre sin vacíos para que no haya disminución en el
pesado de la muestra.
VI.
RECOMENDACIONES
1.
Los picnómetros deben de estar realmente secos
para que no hallan variación al momento de pesarlo.
2.
Antes de realizar la parte experimental reunir
los materiales que vamos a trabajar y verificar que no estén dañados.
3.
Anotar los datos recopilados al momento de
obtener la masa por medio de la balanza analítica.