INTRODUCCIÓN TEMA : Determinación de la densidad de sólidos y líquidos. Uso de la balanza. OBJETIVO : Tiene por objetivo adquirir conocimientos y experiencia sobre los concep conceptos tos de peso peso y volume volumen n cuya cuya relaci relación ón nos propor proporcio ciona na la densid densidad, ad, dimensión que hallaremos de los los sólidos y líquidos. líquidos. Además familiarce familiarce con los tipos de balanza, sus partes y características.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS. El universo esta constituido por materia cuyas propiedades principal es la masa y el volumen que ocupa. Para determinar la masa de una cierta cantidad de materi materia, a, lo compar comparamo amos s con una masa masa conoci conocida da como como la balan balanza za y esta esta operación respectiva se la conoce como " pesada ". Pesada, Pesada, es una operación que consiste la determinación del valor exacto de la masa de una sustancia, para lo cual se emplea balanzas de diferentes modelos y tipos. El tipo de balanzas mas empleado en el laboratorio es la balanza analítica la que cuantifica la cantidad de masa de una sustancia, con una sensibilidad de 0.1mg. La carga máxima de este instrumento varia entre los 100 y 200g. Además se tienen balanzas de uno, dos platillos y de triple barra. El peso de una misma masa de materia es variable, por que depende de la atracción gravitatoria, sujeta a la variación constante, invariable en cualquier punto del universo, y esta se encuentra definida por la siguiente formula :
W=mxg
donde :
W = 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 atracc atracción ión gravit gravitato atoria ria,, al químic químico o le intere interesar sara a solo solo la determ determina inació ción n de la masa , que resulta al comparar con otras masas conocidas de una balanza. Se observara 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. Las Las cara caract cter erís ísti tica cas s de una una sust sustan anci cia a pued pueden en usar usars se al desc descri ribi birr sus sus propie propiedad dades es e identi identific ficarl arlas. as. Estas Estas propie propiedad dades es se divide dividen n en : Física Físicas s y Químicas. Las propiedades físicas pueden medirse sin cambiar la composión de la sustancia en otra. Algunas propiedades físicas usadas en la Química
son : el color, olor, solubilidad, densidad, punto de fusión y punto de ebullición. El propósito de este experimento es identificar un compuesto químico al determinar la siguiente propiedad física : Densidad ( ρ ) La densidad de una sustancia se define como la masa de una unidad de volumen. Algebraicamente la definición de densidad es :
Densidad = Masa Volumen La densidad de cualquier sutancia puede determinarse midiendo la masa de su volumen conocido de la misma. Las unidades comunes para expresar la densidad son g/cm 3 o g/dm3 en el SI se expresa como kg/m3 . Los volúmenes de líquidos generalmente se miden en pipetas, buretas y probetas. La exactitud de la medida de la densidad depende de la exactitud usada para medir la masa y el volumen (balanzas y unidades de medición de volumen). La densidad del agua a 40 C = 1,000g/cm3 = 1,00g/ml = 62,4 Lb/pie3. La densidad de los sólidos y líquidos generalmente se compara con la densidad del agua, y para gases el aire.
DENSIDADES DE ALGUNAS SUSTANCIAS ESCOGIDAS Sustancia escogida
Densidad ( g/ml )
Aire Madera Agua Sal de mesa Hierro Oro Aluminio Cobre
0.001 0.16 1.00 2.16 7.9 19.32 2,7 8,96
Densidad de sólidos. Para sólidos de forma regular.
Se pueden medir sus dimensiones y después calcular su volumen usando formulas apropiadas. Por ejemplo si la sustancia es un cubo grande se puede medir fácilmente una de sus aristas "I" con una regla en centímetros. El volumen seria "I3". Para sólidos de forma irregular. Se usa el método de desplazamiento de un liquido. Cuando se introduce el sólido en un volumen conocido de liquido, aumentará el nivel del liquido. La medida del aumento del nivel del liquido nos proporcionara la medida directa del volumen ocupado por el sólido.
Densidad de líquidos. La pesada de líquidos presenta mayores problemas. Como los líquidos fluyen, los frascos en que se pesan se han de mantener en posición vertical. Además la mayoría de los líquidos tienden a evaporarse, por ello, especialmente los líquidos volátiles deben pesarse en recipientes herméticamente cerrados. Otro problema que se presenta es que las densidades cambian con la temperatura, porque los líquidos sufren cambios considerables de volumen con pequeños cambios de temperatura. Por ejemplo 1g de Hg ocupa un volumen de 0,07355 cm3 a 00 y 0,07382 cm3 a 200C , esto es que la densidad cambia de 13,6 g cm3 a 13,55 respectivamente. Es decir, las densidades decrecen cuando se incrementa la temperatura. El agua es una notable excepción de 0 0C a 40 C la densidad aumenta al aumentar la temperatura, por encima de 4 0C disminuye al aumentar la temperatura.
Determinación de error. a.- Error absoluto : queda determinado al comparar, el valor teórico obtenido de la información bibliografiíta, con el valor experimental obtenido en la experiencia.
Error abs = Vt - Ve
donde : V t = valor teórico. V e = valor experimental.
b.- Error relativo : es la relación entre el error absoluto y el valor verdadero multiplicado por 100.
Error relativo = E = ( V t - Ve ) x 100 Vt Donde el % de error puede ser positivo por defecto o negativo por exceso.
Balanzas, son instrumentos diseñados para la determinación de masas de diversas sustancias. Entiéndase por masa como una medida de la cantidad de materia. Mientras que , peso es la fuerza gravitacional de atracción que la tierra ejerce sobre los cuerpos. En tanto que, densidad es la masa por unidad de volumen. Se disponen de diversos tipos o modelos de balanzas. El tipo mas empleado en el laboratorio es la balanza analítica, lo que cuantifica la cantidad de masa de las sustancias manipuladas, con una sensibilidad de 0,1 mg, generalmente la carga máxima de este instrumento varia entre 100 y 200 g. Probeta graduada, son recipientes cilíndricos, que se emplean para medir volúmenes de líquidos cuando no se necesita mucha exactitud, ya que la superficie libre del liquido es mucho mayor que la de los matraces aforados, de igual volumen, la exactitud es mucho menor. Pipeta, son construidos de vidrio, destinados a medir líquidos, ya sea en operaciones rutinarias o en aquellos que requieren la mayor exactitud científica. Densímetros, llamados también areómetros, son tubos de vidrio cerrados, de forma especial. El densímetro se hace flotar en los líquidos cuya densidad se desee medir y el enrase del menisco observado de la superficie libre sobre la escala graduada nos dirá la densidad respectiva.
DETALLES EXPERIMENTALES. 1.- EQUIPOS, MATERIALES Y REACTIVOS : 1.1) MATERIALES :
1 balanza con 0,1 de aproximación. 3 densímetros o areómetros. son tubos de vidrio cerrados, de forma especial, con un lastre en su parte inferior para mantener los verticales y una escala impresa en papel pegado en su parte interior. Estas escalas están graduadas en diferentes unidades como gravedad o peso especifico, etc. hechos para líquidos mas o menos pesados que el agua. 1 pipeta cilíndrica graduada ( con preferencia de 10ml); son los que tienen el bastago graduado y se emplea para emitir a voluntad volúmenes diferentes y son utiles para medir volúmenes aproximados de líquidos, no se emplean para mediciones de preescisión. Generalmente se construyen de 2 ,5 y 10ml.
3 probetas graduadas de: 50,100 y 500 ml. Son recipientes cilíndricos de vidrio gruesos, con pico y base para poder parar, algunos son de plástico o polietileno.
1.2) REACTIVOS :
sólidos: Al y Cu.
Soluciones: CuSO4 (sulfato de cobre)
2.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 2.1) Determinación de la densidad para sólidos:
Se encuentra determinado por el principio de Arquímedes (método de desplazamiento de un volumen de agua): A) En una probeta de 50 ml, llenar de agua según convenga. Anotar. B) Pesar el sólido ( Al y Cu por separado ) y colocar dentro de la probeta, leer el nuevo volumen. Anotar. La diferencia alcanzado por el nuevo volumen menos el original, es el volumen de la muestra que se pesó. C) A partir del peso y volumen calcular su densidad. D) Repetir los pasos anteriores para muestras diferentes. E) Grafique sus resultados de masa vs. volumen para cada tipo de muestra.
2.2.- Determinación de la densidad para líquidos:
A) Pesar una probeta graduada de 50 ml , limpia y seca. B) Adicionar 10ml del liquido, cuya densidad se ha de determinar, medido exactamente mediante una pipeta y luego pesar nuevamente. Anotar C) Repita la operación aumentando cada vez 10ml, hasta alcanzar 40 ml del liquido. Pesando en cada aumento de volumen. Es necesario pesar por separado cada volumen del liquido. Anotar sus resultados D) Elaborar una tabla de resultados y hacer los cálculos necesarios ( construir una grafica con los datos de masa vs. volumen ).
3.- RESULTADOS EXPERIMENTALES.
Muestra sólida
Volumen del agua
Masa del sólido
Al Cu
V1= 40ml V1= 40ml
11,81g 25,30g
Vol(H2O) + Vol. Solido Vol. Solido (ml) 45ml 43,5ml
5ml 3.5ml
Relación M/V = D 2,362 7,22
Datos: Densidad teórica: Al = 2,7 Cu = 8,96
% Error
= ( Vt - Ve ) x 100 Vt
i) % de error del Al :
% Error = (2,7 - 2,362) x 100 = 0,338 x 100 = 0,12 x100 = 12% 2,7 2,7
ii) % de error del Cu :
% Error = (8,96 - 7,22) x 100 = 0,194 x 100 = 19,4% 8,96
Muestra líquida
Vol. del Masa de la Masa de la líquido (ml) Probeta (g) Probeta + líquido
H2O H2O H2O H2O
10 20 30 40
ρ 1 + ρ 2 + ρ 3 +ρ
65.15 65.15 65.15 65.15
4
= ρ
exp
= 0,990
4
Densidad teórica del H2O = 0,996 % Error
= ( Vt - Ve ) x 100 = 0,6%
75,08 84,99 94,84 104,72
Masa del líquido
Relación g/ml
9.93 19.84 29.69 39.57
0.993 0.992 0.989 0.989
Vt ∴ % Error = 0.6%
DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS. 1 ¿ Por qué el valor teórico difiere del experimental?. Las posibles discrepancias entre el valor teórico y el experimental es que el valor teórico esta dado a través de muchos experimentos y con equipos más avanzados. En cambio el valor experimental que nosotros hemos hallado sólo se ha obtenido a través de un experimento, y el equipo de trabajo (si bien es muy útil) no es él más exacto. Además, en el caso del agua, deberíamos haber hallado mas datos( ρ 1 + ρ 2 + ρ 3 + ..... + ρ n ) para así disminuir el porcentaje de error.
CONCLUSIONES: 1.- Para que el valor experimental sea más exacto se debe trabajar con mas datos y repetir los experimentos.
2.- Se debe poner mucha atención y cuidado para la optimización del resultado del experimento.
3.- Los materiales del laboratorio deben de estar en buen estado. 4.- Toda medición lleva consigo cierto grado de inexactitud, originado por factores humanos o mecánicos. Por lo tanto al dar un reporte de las mediciones, el estudiante tener en cuenta esas inexactitudes.
5.- Por eso se da el porcentaje de error para determinar esas inexactitudes.
RECOMENDACIONES:
En el caso de la balanza electrónica, tener cuidado con derramar cualquier liquido cerca o en el enchufe.
Las balanzas deben estar protegidas de la humedad, polvo o gases corrosivos.
Al momento de usarlas, verifique que estén equilibradas (nivelarlas a cero).
Deben estar colocadas en superficies sólidas, completamente horizontal y lejos de una corriente de aire.
No se debe llevar objetos, alimentos o sustancias ajenas a la practica a realizarse.
No se debe comer, beber o fumar dentro del laboratorio.
No se debe mermar el orden , la disciplina y la limpieza.
No esta permitido realizar actividades o experimentos no programados.
Tener todo los materiales en buen estado.
Cuando se use la pipeta es recomendable que cuando halla dejado de escurrir toque suavemente con la punta la superficie del liquido y retire la pipeta.
No sacuda, sople o golpee contra el recipiente.
La cantidad que siempre queda en la punta de la pipeta, ha ser tomada en cuenta al calibrar la pipeta y no se debe medir al resto, si se desea una medición volumétrica exacta.
La pipeta debe limpiarse con abundante agua destilada para evitar deterioros.
BIBLIOGRAFÍA
Química Experimental: L. Carrasco V. Ediciones e Impresiones graficas Americas SRL.
Manual de Laboratorio, Química General: Feliz Echevarria y Carlos Velasco. Edición San Marcos .
Ciencias Químicas, Técnicas Experimentales: Carlos E. Armas Ramirez, Carlos E. Armas Romero y Juan Diaz Camacho. Editorial Libertad EIRL.
Química: Raymond Chang.
CUESTIONARIO.
1.- Haga un esquema de la balanza utilizada e indique sus partes. ¿Cuál es la sensibilidad? La balanza analítica puede servir para pesar con una aproximación de + 0,0001g, aunque la exactitud puede ser mucho más grande o menor y depende sobre todo del tipo y condición de la balanza.
2.- Indique las principales causas de error en la pesada . Las posibles causas de error en el momento de pesar los materiales son :
Tener la balanza en mal estado( mal equilibrada por ejemplo). Desconocimiento de la utilización del tipo de balanza utilizada. No prestar la debida atención al momento de pesar los materiales.
Así mismo se debe tener en cuenta que :
• • • •
Debemos mantenerla limpia del polvo, que se puede quitar utilizando cepillos. El platillo no se debe tocar nunca con las manos, ni se pesara jamás una sustancia química directamente sobre ellos. No tocar los frascos a pesar con la mano, sino que se manejara con pinzas o con una tira de papel puesta a su alrededor. Las pesas, manejar con pinzas para asegurar su peso constante y nunca se intercambiaran con las pesas de otras balanzas.
3.- Indique la diferencia que hay entre precisión, exactitud y sensibilidad. Presición; es lo que esta estrictamente determinado o definido. Exactitud; se define simplemente como la relación entre el valor experimental o real que se ha encontrado y el valor teórico o verdadero.
Sensibilidad; que con facilidad cede a la acción de ciertos agentes naturales.
4.- Determinar la densidad promedio grafico y analítico y el porcentaje de error con los datos obtenidos en el laboratorio.
Muestra sólida
Volumen del agua
Masa del sólido
Al Cu
V1= 40ml V1= 40ml
11,81g 25,30g
Vol(H2O) + Vol. Sólido Vol. Sólido (ml) 45ml 43,5ml
5ml 3.5ml
Relación M/V = D 2,362 7,22
Datos: Densidad teórica: Al = 2,7 Cu = 8,96
% Error
= ( Vt - Ve ) x 100 Vt
i) % de error del Al :
% Error = (2,7 - 2,362) x 100 = 0,338 x 100 = 0,12 x100 = 12% 2,7 2,7
ii) % de error del Cu :
% Error = (8,96 - 7,22) x 100 = 0,194 x 100 = 19,4% 8,96
Muestra líquida H2O H2O H2O H2O
Vol. del Masa de la Masa de la líquido (ml) Probeta (g) Probeta + líquido 10 20 30 40
65.15 65.15 65.15 65.15
75,08 84,99 94,84 104,72
Masa del líquido
Relación g/ml
9.93 19.84 29.69 39.57
0.993 0.992 0.989 0.989
ρ 1 + ρ 2 + ρ 3 +ρ
4
= ρ
exp
= 0,990
4
Densidad teórica del H2O = 0,996
% Error
= ( Vt - Ve ) x 100 = 0,6% Vt
5.- Un terrón de azúcar pesa 4,0g en el aire y 2,375g en el petróleo. La densidad del petróleo es 0,65 g/mL. ¿ Cuál es la gravedad especifica del azúcar?
Ge = ρ ρ
ρ
aire
azúcar
..................................... (α )
patrón
= M azúcar(aire) Vazúcar(en cualquier medio es igual)
0,001g/ml = 4,0 g V ρ
azúcar
V = 4000ml
= M azúcar(petróleo) = 2,375 g ............................ (β ) Vazúcar 4000 ml
Reemplazando (α ) en (β ), tenemos: Ge = ρ ρ
patrón
azúcar
=
2,375
(0,65)(400)
= 2,375 2600
Ge = 0,0009134 = 9,134 x 10-4
6.- Una botella para la determinación del peso específico pesa 220g vacía; 380 g llena con agua y 351 g llena de kerosene. Determinar el peso especifico del kerosene y la capacidad de la botella. Mbotella = 220g
∴ Magua = 160g
Mbotella + Magua = 380g
Mbotella + Mkerosene = 351g ∴ Mkerosene = 131g
γ
kerosene
ρ
agua
= Mkerosene x G = (131g)(9,8ƒ ) ............................. (α ) Vbotella Vbotella
= Magua Vagua
γ
Reemplazando (α ) en (β ), tenemos:
∴
γ
kerosene
∴ V = 160ml .......... (β )
1g/ml = 160g V
= 8,02 gƒ /ml
y
= (131g)(9,8ƒ ) 160ml
kerosene
V = 160ml
7.- Un cubo macizo de metal de 0,2 cm de arista, pesa 0,180 g. ¿ Cual es la densidad del metal en Lb/mL.?
ρ
cubo
= Mcubo Vcubo
ρ
cubo
= 0,180g 0,008cm3
ρ
cubo
x 1cm3 x 1Lb 1ml 453,6g
= 0,180 Lb = 0,050 3,63ml
∴ ρ
cubo
= 0,5 x 10-1 Lb/ml
