LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
CONTENIDO 1.
CONTENIDO.................. CONTENIDO..... ......................... ........................ ......................... ......................... ......................... .................................1 ....................1 OBJETIVOS:................... OBJETIVOS:....... ......................... ......................... ........................ ......................... ......................... ................................1 ....................1 FUNDAMENTO TEÓRICO:....... TEÓRICO:.................... ......................... ........................ ................................................1 ....................................1 DATOS:...................... DATOS:.......... ........................ ......................... ......................... ........................ ......................... ....................................2 .......................2 DATOS EXPERIMENTALES:...... EXPERIMENTALES:................... ......................... ........................ ......................... ...................................2 ......................2 1.1.DATOS BIBLIÓGRAFICOS:....... BIBLIÓGRAFICOS:................... ........................ ......................... ..................................... .............................3 .....3 TRATAMIENTO DE DATOS:.......... DATOS:....................... ......................... ........................ ......................... ...............................3 ..................3 Método del Picnómetro:............. Picnómetro:......................... ......................... ........................................................3 ...........................................3 Método de la balanza de westphal:.............................. westphal:.......................................... ..................................5 ......................5 DISCUSIÓN DE RESULTADOS:........ RESULTADOS:.................... ......................... ......................... ......................... ............................6 ...............6 CONCLUSIONES:.................. CONCLUSIONES:..... ......................... ........................ ......................... ......................... ........................ ..........................7 ..............7 RECOMENDACIONES:................. RECOMENDACIONES:.... ......................... ........................ ........................................................7 ............................................7 CUESTIONARIO:................... CUESTIONARIO:...... ......................... ........................ ......................... ......................... ......................................7 ..........................7 ANEXO:..................... ANEXO:......... ........................ ......................... ......................... ........................ ......................... ......................... ......................10 ..........10 BIBLIOGRAFÍA:.................. BIBLIOGRAFÍA:...... ........................ ......................... ......................... ........................ ......................... ...........................11 ..............11
DENSIDAD DE LÍQUIDOS OBJETIVOS:
Deter Determin minar ar la densi densidad dad de líquid líquidos, os, median mediante te el uso correc correctam tamen ente te del del picnómetro y la balanza westphal previamente estandarizados.
Cono Conocer cer las las condi condicio ciones nes en que que se puede pueden n emple emplear ar cada cada instr instrume umento nto de medición.
Dete Determ rmin inar ar la rela relaci ción ón que que exis existe te entr entre e la dens densid idad ad de líqu líquid idos os con con su respectiva concentración y temperatura. t emperatura.
FUNDAMENTO TEÓRICO: La densidad densidad es una propieda propiedad d general de todas las sustancia sustancias. s. No obstante su valor es específico para cada sustancia, lo cual permite identificarla o diferenciarla de otras.
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
La densidad es una propiedad intensiva y su valor depende de la temperatura y de la presión. Se define como la masa de una sustancia presente en la unidad de volumen: ρ
m =
V
; medida en g/ml ó g/cm3
Gravedad específica La graved gravedad ad especí específic fica a de una una sustan sustanci cia a se defin define e como como la relac relación ión entre entre la densidad de una sustancia y la densidad del agua, medida esta última a 4 °C. La gravedad específica del mercurio será: 13.6
Instrumentos de medición de densidades
El Picnómetro:
Un picnómetro es un recipiente calibrado, se puede pesar un volumen de líquido con mucha precisión. Por comparación comparación entre la masa del picnómetro picnómetro lleno de agua destilada destilada de la que que se cono conoce ce con con gran gran prec precis isió ión n su dens densid idad ad a la temp temper erat atur ura a de la experiencia y la masa del picnómetro lleno con un líquido problema se puede calcular la densidad de éste último.
La Balanza Westphal:
Es un equip equipo o que consta consta de un juego juego de gancho ganchos, s, los los cuale cuales, s, coloca colocados dos correctamente en las ranuras del brazo de la balanza, permiten determinar la gravedad específica de una sustancia a la temperatura que se encuentre. Los ganchos son de distinto tamaño: dos grandes de 5 g (I y I’), uno mediano de 0,5 g (II) y otro pequeño de 0,05 g (III).
Ilustración 1: Picnómetro
Ilustración 2: balanza de westphal
DATOS: DATOS EXPERIMENTALES: Tabla 1: Picnómetro Sustancia
Masa del picnómetro
Agua Alcohol 97%
22.56g
Masa del picnómetro + líquido
TºC
46.65
27
46.29g
29
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
Muestra problema
41.56g
29
Tabla 2: Balanza de westphal Sustancia
Temperatura (ºC)
Densidad
Alcohol al 97%
27
0.7899
Muestra problema
28
0.9832
1.1. DATOS DATOS BIBLIÓGRAFICO BIBLIÓGRAFICOS: S: Densidad del agua a 27ºC =0.9965451
TRATAMIENTO DE DATOS: Método del Picnómetro: Ecuaciones a utilizar: ρ
m =
V
…ecuación I
y
Msust = Mpicn+ sust - Mpicn…ecuación II
Donde: ρ
=
Densidad; Densidad; M= masa; V= volumen;
Msust =Masa de sustancia Mpicn+ sust =Masa del picnómetro + la sustancia sustancia Mpicn= Masa del picnómetro seco y limpio
Estandarización del Picnómetro: Para Para estand estandari arizar zar el picnó picnómet metro ro de 25 ml de capaci capacida dad d utiliz utilizamo amos s la ecuación II, y utilizamos utilizamos al agua como sustancia de medición. medición. En este caso llenar con agua el picnómetro hasta su totalidad, datos de la tabla Nº1.
Magua = Mpicn+ agua - Mpicn Magua= 46.65g - 22.56g Magua=24.09g Con la ecuación I se halla el volumen del agua en el picnómetro: V agua V agua
=
24,09g 0.9965451g
volu lumen
=
del
/ml
=
24 .17 ml
picnómetro
=24.17ml
Densidades para el alcohol a 97% y la muestra problema: alcohol a 97%
la muestra problema
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
Metanol 97% = Mpicn+etanol 97% - Mpicn
M etanol X%= Mpicn+etanol X% - Mpicn
Metanol 97%= 41.56g – 22.56g =19g
M etanol X%= 46.29g – 22.56g =23.73g
ρ e tan tan ol
19.0g =
=
24.17ml
0.786
g
ρ e tan ol X %
ml
27.73g =
24.17ml
=
0.9817
g ml
Gráfica Densidad vs concentración Para hacer la grafica usamos los datos bibliográficos y experimentales: (%) alcohol 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 97 100
Densidad 0,996 0,9791 0,9644 0,9481 0,9284 0,9066 0,8744 0,8599 0,8356 0,8101 0,7906 0,7816
Y la ecuaci ecuación ón la hallam hallamos os media mediante nte el ajust ajuste e linea lineall con las las siguie siguiente ntes s ecuaciones: n
n
∑1 yi = a 0 n + a1 ∑ X i 1 n
∑
1
n
n
1
1
yi X i = a 0 ∑ X i + a1 ∑ X i
2
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
Con la ecuación: y = -0,002x + 1,006 Hallamos la concentración de alcohol desconocida siendo X=12.10%
Otro método para hallar la concentración desconocida es usando la interpolación de datos: Para hallar la [ ] desconocida del alcohol en la grafica (1) interpolamos: interpolamos : Siendo X% la concentración desconocida desconocida ρ alcochol(1
0%)
ρ alcohol
−
0.9791
(100 %)
−
0.7816
=
10 % 100 % −
ρ alcohol ( X %)
ρ alcochol(1
0%)
=
0.9818
−
ρ alcohol
10 % x % −
X
=
−
90 %
g ml ( x %)
=
0.1975 −
90 %
8.77%
Método de la balanza de westphal: Estandarización de la balanza de westphal: Se mide la densidad del del agua a cierta temperatura temperatura y haciendo uso uso del dato dato teórico; poniendo los ganchos como si se estuviera determinando dicha densidad, así se podrá calibrar las agujas de nivelación.
Densidades para el alcohol a 97% y la muestra problema: Del mismo modo se colocan los ganchos uno por uno y así se obtienen los resultados mostrado en la tabla de datos experimentales. experimentales.
Gráfica densidad Vs temperatura: Se hace uso de la siguiente tabla de datos bibliográficos bibliográficos y experimentales: experimentales:
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
Densi ensid dad 0,80698 0,79846 0,7924 0,78981 0,781
Tempe empera ratu tura ra 10 20 27 30 40
De la ecuación obtenida en la grafica (2); Y= -0.0009X + 0.8157 Remplazamos Remplazamos para una T º de 28º C. Obteniendo una densidad de
0.7914 g/ml
Comparación de las mediciones por los dos métodos: Los datos experimentales por el método de la balanza de westphal fueron más cercanos a los teóricos que los obtenidos por el picnómetro, el motivo por el que se obtuvo esto se hará en la discusión de resultados.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS: La estandarización de instrumentos se llevo a cabo con los datos conocidos para el agua, si no se hace esta calibración los resultados hubieran sido erróneos. Por el método de la balanza se obtuvieron mejores resultados, esto se debe a que la calibración calibración de la balanza fue óptima, óptima, demora más tiempo pero es mas efectiva. Por el método del del picnómetro picnómetro es impreciso impreciso porque se tiene que que depender depender de la balanza y de la manera como como se utiliza utiliza cada instrumento. Para hallar la concentración desconocida se hizo una gráfica en la que se obtuvo una [ ] de 12.10%, este resultado es equivoco, porque al ver los datos teóricos la
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
densidad hallada hallada no estaba en ese rango de concentración, es por eso que se uso la interpolación de datos y así se obtuvo una [ ] de 8%, que fue un resultado mas verídico.
CONCLUSIONES: El efecto efecto de la concen concentra tració ción n y temper temperatu atura ra en el alcoh alcohol ol es invers inversa a con la densidad; esto se debe a que al disminuir la concentración la solución hay menos masa masa de soluto soluto para para un mismo mismo volume volumen, n, y al aumen aumentar tar la tempe temperat ratura ura las las partículas se vuelven más pequeñas y así la masa de ellas es menor para un mismo volumen. Según datos experimentales al ser comparados con los teóricos se muestra una mayor precisión para el método de la balanza westphal La interpolación es un método numérico más eficaz que la extrapolación, pues para este caso no se conoce a donde tiende la grafica
RECOMENDACIONES: Se recomienda no utilizar los densímetros presentes en la práctica desarrollada, debido a: Método del picnómetro: Se hace uso de dos instrumentos como la balanza digital y el picnómetro presentando ambas un margen de error. Balanza de westphal: Es mucho más preciso en los resultados pero el tiempo empleado para la determinación de la densidad es mucho mayor que en el otro método. Es posible utilizar una sustancia menos volátil del alcohol como el cloruro de sodio entre otras.
CUESTIONARIO: 1.2. Describa al menos tres densímetros densímetros empleados en la industria, mencione mencione sus aplicaciones y limitaciones. Para determinar la densidad y la concentración de líquidos y disoluciones existe existen n en la indust industria ria los los areóme areómetro tros s y los los densím densímetr etros, os, que que son unos unos flotadores de vidrio lastrados con perdigones de plomo en la parte inferior. En la parte superior, llevan una escala graduada y esta graduación es diferente según vaya a ser su uso. Entre ellos podemos mencionar:
Los sacarómetros Están destinados a medir riquezas de las soluciones acuosas de sacarosa. Existen varias escalas, por ejemplo:
Grados Grados Brix que que indi indica can n el 1% en peso peso de saca sacaro rosa sa disu disuel elta ta a la temperatu temperatura ra
dada
en el momento momento de la medición medición..
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
SACARI SACARIMET METRO RO Para Para la determ determinac inación ión de sacarosa sacarosa en solucio soluciones nes ºBrix Este tipo de densímetro es usado por ejemplo en la industria cervecera, pero como todo instrumento va a tener cierto tipo de limitaciones y rangos de aplicación como podemos observar en el siguiente cuadro:
Sacarímetros de precisión para la Industria Cervecera Tipo de sacarímetro Hartong-Malz Endvergärungs Endvergärungs Diätbier Bierwürze
Escalas % masa desde 12% desde 24% desde 24% desde +1% desde 30%
1-2% hasta 110-3% hasta 210-3% hasta 21-1 +2% hasta -1 0-10% hasta 20-
Divisiones Termómetro 0,01% 0,01% masa masa +13 +26º +26º C /0,2º C 0,05% 0,05% masa masa +5 +30º +30º C / 0,5º 0,5º C 0,05% 0,05% masa masa +5 +25º +25º C / 0,2º 0,2º C 0,05% 0,05%mas masa a +5 +25º +25º C / 0,2º 0,2º C 0,1% 0,1% masa masa +3 +26º +26º C / 0,2 0,2ºº C
Sudhaus
desde desde 0-5% 0-5% hast hasta a 2530 2530% % 0,1% 0,1% masa masa +5 +25 +25ºº C / 0,2º 0,2º C
Bottich
desde 0-10% hasta 2030% desde 0-10% hasta 1010%
Bottich
0,1% masa
No
0,1% 0,1% masa masa +2 +12º +12º C / 0,2 0,2ºº C
Los salinómetros Son utiliz utilizado ados s para para medir medir riquez riquezas as de soluci solucione ones s acuosa acuosas s de cloru cloruro ro sódico.
SALINOMETRO COMPENSADO Para sales solubles en aguas de calderas. El dise diseño ño o mode modelo lo del del sali salinó nóme metro tro va a depe depend nder er de su camp campo o de aplica aplicació ción n y bajo bajo estas estas condic condicio iones nes adqui adquiere ere cierta ciertas s limit limitaci acione ones, s, así tenemos:
Sali Salinó nóme metro tro pH-E pH-ECC-TD TDS S HI 9813 9813 pa para ra la medici medición ón de la conductividad, salinidad y valor pH en la horticultura
•
El salinóme salinómetro tro HI 9813 es un verdadero verdadero medidor medidor multifunci multifuncional onal que sirve para la medición de diversos parámetros en la horticultura y en la
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
jar jardi dine nerí ría a
pais paisaj ajís ísti tica ca
(con (condu duct ctiv ivid idad ad,,
sali salini nida dad, d,
valo valorr
pH). pH).
El salinómetro tiene un factor TDS (0,65 ppm = 1 µS / cm) conforme a las normas normas de la horticultu horticultura. ra. . La sonda con mango de gran estabilidad mide con flexibilidad los tres parámetros sin el incó-modo cambio de sonda. Especialmente indicada para la horticultura.
•
Salinometro de 0-26% Extech Modelo 2126 ref. 502126
Salinómetro para medidas de baja concentración de azúcar y porcentaje de sólidos disueltos de 0 a 26%. Apropiado para muestras en rangos bajos de concentración. Aplicaciones: Utilizado en la industria alimenticia para medir soluciones con altos niveles de sal.
•
Salinometro de 28-62% EXTECH Modelo: 2162 - Ref 502162
Para medidas de azúcar y porcentaje de sólidos disueltos de 28 a 62% (indice de refracción: 1.377 a 1.44630). Apro Apropi piad ado o para para mues muestr tras as en rang rangos os medi medios os de conc concen entr trac ació ión. n. Aplicaciones: Jugos concentrados de frutas, contenido de azúcar, de infusiones usadas en todos los alimentos enlatados.
Los alcohómetros
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
Se llaman alcohómetros a los densímetros destinados a medir riquezas alcohólicas por el valor de la densidad. Dan directamente el porcentaje de alcohol en volumen.
Existen diversos tipos de alcoholímetro dependiendo de su aplicación, así tenemos: •
Alcoholímetro universal 0-100% sin termómetro
Este Este alco alcoho holí líme metr tro o es de gran gran ayud ayuda a en cual cualqu quie ierr proc proces eso o de dest destil ilac ació ión. n. Con Con ayud ayuda a de un term termóm ómet etro ro,, se pued puede e dete determ rmin inar ar exactamente el grado de alcohol de un destilado o de algún aguardiente comprado en el mercado. Con un alcoholímetro se puede mesurar todas las mezclas de alcohol y agua agua.. Para Para obte obtene nerr un resu result ltad ado o exac exacto to,, hay hay que que cont contro rola larr la temperatura. Este alcoholímetro como la mayoría de los alcoholímetros que hay en el mercado, trabaja exactamente a una temperatura de 20 grados grados.. Para Para medir medir el porcen porcentaj taje e de su orujo orujo o vino vino necesi necesitar tará á se necesitara un vinómetro. Los alcohómetros son usados principalmente en la industria de licores, como producción de vinos, aguas ardientes, pisco, etc.
Entre otros tipos de densímetros podemos mencionar:
Los lactómetros: se utilizan para medir la densidad de la leche.
Los oleómetros: sirven para medir densidades de aceites. Su escala está graduada de 50º a 0º, correspondiendo a densidades desde 0,870 a 0,970 respectivamente.
ANEXO: Las bebidas cola reducen la densidad de los huesos Investigadores de la Universidad de Boston en los Estados Unidos comprobaron que que las las mujer mujeres es que consum consumen en mayor mayor cantid cantidad ad de bebid bebidas as cola cola tiene tienen n una una densidad ósea menor en la cadera. . El estudio fue practicado a 2.500 adultos, entre hombres y mujeres. Los expertos midieron la densidad mineral ósea (dmo) en la columna vertebral y en tres lugares de la cadera. Observaron que las mujeres que consumían bebidas cola todos los días tenían una dmo más baja en las caderas que las que bebían menos de un
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I
vaso por mes. En los hombres hombres no se presentó evidencia evidencia de esta disminuci disminución. ón. . Las bebidas cola contienen ácido fosfórico, señalaron los autores, lo que altera la abso absorc rció ión n del del calc calcio io y aume aument nta a su elim elimin inac ació ión. n. La cafe cafeín ína a tamb tambié ién n está está relacionada relacionada con la osteoporosis, agregaron los especialistas. especialistas. Por eso es importante importante conocer la influencia de la la ingesta de calcio y fósforo sobre sobre la densidad mineral ósea en mujeres jóvenes como se puede leer a continuación: La masa ósea alcanzada durante la juventud en la población femenina resulta importante por la mayor susceptibilidad de este grupo de población de padecer osteoporosis. osteoporosis. Con el objeto de conocer la relación entre ingesta de calcio, fósforo y productos lácteos y la densidad mineral ósea (DMO) se estudiaron 87 mujeres de la Comunidad de Madrid con edades comprendidas entre los 18 y 35 años. El consumo de lácteos y la ingesta de calcio y fósforo se valoraron aplicando un Cuestionario Cuestionario de Registro de Consumo de Alimentos durante 3 días. La DMO se determinó mediante densitometría fotónica doble en la zona lumbar, cadera y antebrazo derecho. La ingesta media de calcio (802.1±258.7 mg/día) resultó inferior a la recomendada en el 45% de las mujeres; mujeres; observán observándose dose una correlac correlación ión lineal positiva positiva entre consumo de calcio y DMO en cuello femoral (r=0.23) y trocánter mayor (r=0.24) (p<0.05). Las mujeres con ingesta de calcio superior a 1000 mg/día tuvieron t uvieron mayor DMO DMO en cadera cadera (0.97 (0.97±0. ±0.11 11 g/cm2) g/cm2) respec respecto to a aquel aquellas las con inges ingesta ta inferi inferior or (0.90 (0.90±0. ±0.10 10 g/cm2) g/cm2).. Resul Resultad tados os simil similare ares s se encon encontra traron ron en cuell cuello o femora femorall y trocánter mayor en el grupo con una relación Ca/P superior a 0.74 (Percentil 50). Además, un consumo superior a dos raciones de leche diarias resultó óptimo para la adquisición de una adecuada masa ósea en diferentes zonas de la cadera. Estos resultados indican que un mayor consumo de calcio y una relación Ca/P > 0.74 están relacionados con una mejor DMO en mujeres jóvenes; siendo la leche el producto lácteo que presenta una mayor asociación con la salud ósea.
BIBLIOGRAFÍA: www.ferestega.com www.fitetermometros.com www.indexnet.santillana.es www.utm.csic.es www.pce-iberica.es www.cienytec.com/ www.alanrevista.org/
