I.-TABLA DE CONTENIDO: ÍNDICE
I.
TABLA DE CONTEDIDO……………………………………………....……2
II.
RESUMEN…………………………………………………………………….3
III.
PRINCIPIOS TEÓRICOS……………………………………………………..4
IV.
DETALLES EXPERIMENTALES……………………………………………6 EXPERIMENTALES ……………………………………………6
V.
TABLA DE DATOS Y RESULTADOS…………………………………….... RESULTADOS……………………………………....88
VI.
EJEMPLOS DE CÁLCULOS………………………………………………....10 CÁLCULOS………………………………………………....10
VII.
ANALISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS……………………….……. RESULTADOS……………………….…….11 11
VIII.
CONCLUCIONES……………………………………………………………..12
IX.
RECOMENDACIONES…………………………………………….………….13 13
X.
BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………..14
XI.
APENDICE……………………………………………………………………...15 APENDICE…………………………………………………………………… ...15
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II.-RESUMEN: En el siguiente informe académico se hará presente de lo que se realizó en la primera práctica del laboratorio de fisicoquímica, perteneciente al siguiente tema: Determinación de la densidad de líquidos y sólidos por el método del picnómetro ,
relacionando las
masas de volúmenes iguales, a las mismas condiciones (temperatura y presión), utilizando como sustancia patrón el agua. Se hallará la densidad relativa o gravedad especifica del líquido orgánico (acetato de etilo) y la del sólido ( carbonato de calcio). Teniendo en cuenta conceptos muy importantes como densidad absoluta, peso específico o peso específico absoluto y, densidad relativa o gravedad especifica. También se puede calcular de forma directa la densidad absoluta cociendo la densidad relativa. La primera parte de la práctica consiste en determinar la densidad absoluta del líquido orgánico a partir de la gravedad específica (densidad relativa) de este mismo a una determinada temperatura, ; donde la gravedad especifica se tendrá que obtener de los pesos W1, W2, W3 y W4 que
se tienen que conocer como datos. En la segunda parte se hallara
la gravedad especifica del solido ( carbonato de calcio) a una determinada temperatura, pero como en los y sólidos la temperatura y la presión no afectan tanto el volumen ni la masa (para los gases estas dos variables si tienen importancia) entonces no se les medirá la temperatura. También se determinara el coeficiente de dilatación térmica cubica de la muestra pura y que está en función de la densidad a una temperatura. Se analizara como en los líquidos la temperatura tiene cierta influencia en la densidad absoluta y relativa, pues a medida que disminuye la temperatura la densidad absoluta se hace cada vez mayor, pero la densidad relativa no varía en cantidad ya que los dos componentes de la (densidad del elemento estudiado y patrón) varían por la temperatura.
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III.-PRINCIPIOS TEÓRICOS: Densidad:
Es una de las propiedades de los sólidos, así como de los líquidos e incluso de
los gases; es la medida del grado de compactación de un material. La densidad es una medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio determinado; es la cantidad de masa por unidad de volumen. Densidad Absoluta: La
densidad absoluta o densidad normal, también llamada densidad
real, expresa la masa por unidad de volumen. Cuando no se hace ninguna aclaración al respecto, el término suele entenderse en el sentido de densidad absoluta. La densidad es una propiedad intensiva de la materia producto de dos propiedades extensivas.
La ecuación va estar en función de parámetros como la temperatura y la presión. Densidad Relativa o Gravedad específica: La
densidad relativa o aparente expresa la
relación entre la densidad de una sustancia y la densidad del agua, resultando una magnitud adimensional. La densidad del agua tiene un valor de 1Kg/m 3 a las condiciones de 1atm y 4°C equivalente a 1000Kg/m 3.Aunque la unidad en el SI es Kg/m 3, también es de costumbre expresar la densidad de los líquidos en g/cm 3.
W: son los pesos que se tienen en la obtención de la densidad. T0: es la temperatura del agua y del material
Unidades de densidad
Algunas de las unidades de densidad más usadas son: Kilogramo por metro cúbico(Sistema Internacional de Unidades)
Gramo por centímetro cúbico
Gramo por galón
Gramo por pie cúbico
Libra por pie cúbico
Densidad media y puntual: Para un material homogéneo, la fórmula
masa/volumen puede
aplicarse sin recaudos. En el caso de un objeto no homogéneo, en cambio, dicha fórmula tiene el problema de que la densidad de las distintas partes es diferente. En este caso, se puede medir la "densidad media", aplicando la fórmula masa/volumen a todo el objeto, o la
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"densidad puntual" que será distinta encada punto del objeto. En esta variante, la fórmula se aplica a cada porción del objeto que sea homogénea (a cada fase).Por ejemplo, un vaso con agua es un objeto con dos partes. Si uno considera la densidad en cada punto, ésta es distinta en el agua que en el vidrio. La densidad media, en cambio, es una sola para todo el objeto, y resultará intermedia entre la densidad del agua y la del vidrio. La densidad media de un material no es una propiedad intrínseca y depende de la forma en la que el material haya sido tratado: si está en granos o en polvo ocupará más espacio que si está en forma compacta. Peso específico relativo:
Es definido como el cociente entre dos pesos específicos absolutos de dos sustancias. Además carece de unidades. El peso específico de un gas a la relación de su densidad con respecto del aire, a las mismas presiones de temperatura y presión. Resulta entonces que el peso específico no es más que la densidad relativa de un gas con respecto al aire. Para los líquidos y sólidos se toma como patrón el agua a 4°C. Picnómetro:
Aparato que se utiliza para determinar las densidades de distintas sustancias. También se conoce como frasco de densidades. 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. Para llenar el picnómetro se quita el tapón esmerilado, que está hueco o perforado, se añade la muestra con una probeta pequeña y se tapa. El líquido subirá por el interior del tapón hasta el capilar. Puede ocurrir que incluso rebose, en cuyo caso se secaría cuidadosamente por fuera procurando que el líquido llene totalmente el tapón o que el exceso se pueda medir con el capilar. Así se determina el volumen de líquido contenido en el recipiente. Algunos picnómetros, menos precisos, no tienen tapón, sino un cuello largo aforado; en este caso, el picnómetro se llenaría hasta el enrase marcado en el cuello y de esta forma se conocería el volumen del líquido. La masa del líquido se determina por diferencia entre la masa del picnómetro lleno y vacío, y la densidad del líquido será el cociente entre su masa y el volumen que ocupa.
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IV.-DETALLES EXPERIMENTALES: Primera parte: determinar la densidad relativa y absoluta del líquido.
Lavar el picnómetro con una mezcla sulfonítrica o detergente, enjugue varias veces con agua de caño y al final con agua destilada y seque en la estufa. Luego de haber humedecido con un papel filtro húmedo y secado con papel filtro seco externamente, pese el picnómetro (primer peso). Llene el picnómetro con agua destilada y sumerja en un baño de temperatura constante a 25°C, teniendo cuidado de llenar completamente hasta el capilar, después de 5 minutos, retire el picnómetro del baño, séquelo externamente y péselo de ahí se obtendrá el segundo peso a las temperaturas con que se va a trabajar. Retire el agua del picnómetro, séquelo en la estufa, deje enfriar y vuelva a pesar como en el segundo paso, de ahí se obtendrá el tercer peso. Repita el tercer paso usando el líquido orgánico y obtenga el cuarto peso a las temperaturas con que se viene trabajando. Segunda parte:
Repita el primer y segundo paso de la primera parte, el cual en este caso se obtendrá el peso A. Introduzca una pequeña cantidad de la muestra solida (carbonato de calcio) donde obtendrá el peso M. Agregue agua destilada al picnómetro más la muestra hasta llenarlo completamente y pese (S). Tenga cuidado de que el agua llegue hasta la parte superior del capilar, pero sin exceso. Quite el contenido del picnómetro lávelo completamente. Llene el picnómetro con agua destilada y vuelva a pesar y obtenga el peso P.
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Procedimiento de trabajo de laboratorio:
El picnómetro debe: Estar completamente limpio y seco, cuando lo pese vacio. Tomarlo con una pinza de metal y papel toalla (para evitar ensuciarlo con las manos) sobre una la tabla de piedra. Cuando lo pese con líquido, no deje burbujas en su interior y llenarlo completamente.
Inicio de la práctica Tomar las previsiones acerca del picnómetro. ¿Se tomaron en cuenta las previsiones? SI
Definir y medir la temperatura Determinar los pesos (datos) tanto para el líquido y el sólido. Determinar la densidad relativa y absoluta del líquido. Determinar la densidad de relativa y absoluta de un sólido.
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NO
V.-TABLA DE DATOS Y RESULTADOS: 5.1.-Tabla de las condiciones del laboratorio: P(mmHg) 756
T(°C) 24
%HR 90
5.2.-Datos Experimentales para la densidad de líquidos: Pesos
Temperatura 20°C
Temperatura 25°C
W1 W2 W3 W4
14.8234g 31.5310g 14.8239g 30.0770
18.2466 31.5475 14.8239g 29.7984g
W1: peso del picnómetro inicialmente W2: picnómetro + agua destilada W3: peso del picnómetro final W4: peso del picnómetro + Acetato de Etilo Nota: La densidad del agua a 20°C es 0.9982 g/ml y a 25°C es 0.9970 g/ml. 5.3.-Resultados *Cálculo de la densidad relativa o gravedad específica:
Par a l a temperatu r a a 20° C
Par a l a temperatu r a a 25° C
*Cálculo de los valores experimentales de la densidad del acetato de etilo a 20°C y 25°C
A 20° C
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A 25° C
5.4.-Datos experimentales para la densidad de sólidos:
Pesos A 20°C 14.8239g 33.8085 19.7418 33.7485g
A S M P A: peso del picnómetro inicialmente. M: peso del picnómetro +CaCO 3
S: peso del picnómetro +agua destilada +CaCO 3 P: peso del picnómetro +agua destilada. Nota: la densidad del a agua a 20°C es 0.9982g/ml. 5.5.-Resultados *Calculando la densidad relativa del sólido:
*Cálculo de la densidad experimental del CaCO3a 20°C
Hallando el error absoluto para el carbonato de calcio:
Hallando el erro relativo o porcentual del carbonato de calcio:
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VI.-EJEMPLOS DE CALCULOS: A partir de los siguientes datos experimentales, donde se ha realizado dos veces lo mismo, calcular la densidad relativa (gravedad específica), la densidad absoluta, error absoluto y error relativo de la sacarosa. Donde se dan los pesos (en gramos) en cada caso. P1: picnómetro solo
T(°C)
P1
P2
P3
25
25.59
52.25
50.35
25.63
52.25
50.27
P2: picnómetro con sacarosa P3: picnómetro + agua destilada
La densidad relativa (gravedad específica) está dada por:
Hallamos el promedio de los datos que se obtuvieron en cada caso:
T(°C) 25
P1 25.61
P2 52.25
P3 50.31
Hallando la densidad absoluta de la sacarosa a 25°C
, densidad del agua a 25°C
, experimentalmente.
La densidad teórica de la sacarosa es:
Hallando el error absoluto:
Hallando el erro relativo o porcentual:
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VII.-ANALISIS Y DISCUCIÓN DE RESULTADOS: En este trabajo se pudo utilizar el picnómetro para determinar las densidades relativas de líquidos y sólidos. Un aspecto interesante de este medio de determinación es que se usa siempre el mismo indicador (volumen) común para poder determinar la densidad relativa, que no es más que la relación existente entre la densidad de cualquier material y la densidad del patrón (sea liquido o solido). En el laboratorio se utilizo el agua destilada como sustancia patrón para poder determinar las densidades relativas de las otras sustancias. Para ello es necesario que existan iguales condiciones de medición de la densidad relativa como la temperatura, la cual debe ser constante en toda la medición. Igualmente se llega a comparar las densidades absolutas obtenidas con las densidades reales de las mismas, obtenidas de la bibliografía, se compararon resultados y de allí se obtuvo el error absoluto y relativo (porcentual) de los mismos. El método del picnómetro tiene limitaciones para líquidos y sólidos: es necesario el uso de una sustancia patrón para la determinación de la densidad relativa de la sustancia. En el caso de los sólidos, se tiene que trabajar con sólidos relativamente pequeños, que puedan entra por la boca del picnómetro.
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VIII.-CONCLUCIONES: A partir de lo experimentado en el laboratorio y realizar los cálculos correspondientes concluimos que: La densidad expresa la relación que hay entre la masa de la sustancia por su unidad de volumen.
Las densidades están en función de la temperatura, así como también de la presión.
La razón para registrar la temperatura es que casi todas las sustancias se expanden con el calor y por lo tanto la densidad disminuirá cuando la temperatura sea mayor.
La densidad relativa no tiene unidades, porque cuando se expresa en la relación de densidad absoluta y densidad que se toma como patrón, estos tendrán las mismas unidades.
Según las pruebas realizadas en el laboratorio se pudo comprobar que realmente el método del picnómetro no es tan exacto, pero sí muy cercano ya que el margen de diferencia entre los resultados es relativamente bajo.
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IX.-RECOMENDACIONES: Antes de iniciar a utilizar el picnómetro se tiene que lavar bien y luego secarlo en la estufa, el cual se podrá evitar obtener malos datos. Antes de poner la tapa del picnómetro verifiquemos que los líquidos a pesar no estén hasta el borde de del pico. Además una vez puesto verificar que el líquido haya subido por el capilar. Al momento de medir la temperatura con el termómetro, tratar de que este sólo toque el líquido en la boca del picnómetro. Al llevar a pesar el picnómetro con el líquido dentro, el picnómetro de estar seco por fuera ya que podría pesar más de y se obtendría otros datos. Medir o verificar bien o exactamente las temperaturas de 20 y 25 grados centígrados ya que se harán cálculos con datos teóricos y nos darán malos resultados. Al momento de sacar el picnómetro de la estufa ver que esté completamente seco y no haya vapor de agua dentro del picnómetro. Además al retirarlo, tratar de hacerlo con la pinza de acero para evitar accidentes. Al momento de trabajar con los sólidos, tratar de que estos sean lo sufrientemente pequeño como para que puedan entra por el pico del picnómetro. Al momento de trabajar con el líquido orgánico, hacerlo con cuidado ya que este es toxico, usar guantes si es que se trabajará largo tiempo con este líquido. En el caso de que el termómetro no marca la temperatura que se quiere, entonces se pueda someter a un Beaker con agua fría o helada, caso contrario un baño en agua caliente. Cuando llene el picnómetro no deje burbujas en su interior y llénelo completamente.
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X.-BIBLIOGRAFÍA: WHITTEN, Kennet et al. “Química General “Tercera edición. McGraw-Hill Interamericana de México, S.A.México, 1992.Pág. 23-24, 270 SEARS, Francis et al. “Física Universitaria”. Sexta edición Addison-Wesley Iberoamericana, S.A. EE.UU. 1988Pág. 287 - 288, 294 - 295 CASTELLAN, Gilbert. “Fisicoquímica"
CHANG RAYMOND. “Fisicoquímica" Ediciones Continental.
DANIELS & ALBERTY. "Fisicoquímica" Ediciones CECSA, 1986.
LEVINE, Ira. "Fisicoquímica 1 - 2" Ediciones Mc Graw Hill, 1996.
MARON & LANDO "Fisicoquímica Fundamental" Ediciones Limusa, 1980.
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XI.-APENDICE: 11.1.-cuestionario: 1.-Mencione tres diferencias entre densidad absoluta y relativa.
La densidad absoluta se define en base a un componente y la densidad relativa en base a dos componentes.
La densidad absoluta tiene unidades (
), mientras la densidad relativa
no tiene unidades porque es el cociente de dos cantidades físicas iguales.
La densidad absoluta no se define en base a una sustancia patrón, mientras la densidad relativa si (la sustancia patrón es el agua a 4°C).
La densidad absoluta varia al variar la temperatura, pero la densidad relativa no varía porque está definida por dos componentes que también van a variar.
2.-Si mezclamos a 20°C agua con etanol (densidad relativa 0.8) resulta una solución al 40%w de alcohol. Calcule la densidad de la mezcla en S.I.
Sol:
Del dato:
Entonces:
Si: masa (etanol)=40s y masa (agua)=60s Entonces el volumen: volumen (etanol)= También el volumen: volumen (agua)=
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Entonces la densidad de la mezcla es:
3.-Escribir la relación matemática entre grados API, y de los grados Beaumé (°Be).con la gravedad especifica (Ge). Los grados API (American
Petroleum Institute): es una medida de densidad que describe
que tan pesado o liviano es el petróleo comparándolo con el agua. Si los grados API son mayores a 10 es más liviano que el agua y por lo tanto flotaría en esta. La gravedad API es también usada para comparar densidades de fracciones extraídas del petróleo .Por ejemplo, si una fracción de petróleo flota en otra significa que es más liviana, y por lo tanto su gravedad API es mayor. Matemáticamente la gravedad API no tiene unidades. Sin embargo siempre al número se le coloca la denominación grado API. La densidad relativa del petróleo y sus derivados suele expresarse en una unidad especial llamada “Grados API”, cuya relación con la gravedad específica es la siguiente:
Nótese que cuanto mayor es el grado API, menor es la densidad. Los valores extremos para 3
la escala API son 0, que corresponde a 1.076g/cm y 100, que corresponde a 3
0.6112g/cm . Relación de Gravedad Específica y °Be.
Por otro lado, sabiendo que los grados °Be de una disolución se puede deducir su densidad, y viceversa, para ello basta sólo con aplicar la fórmula correspondiente de las que se indican a continuación: Para líquidos menos densos que el agua:
Donde: d=densidad y n=número de Grados
Beaumé
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11.2.-Tabla de densidades (25°C)
Densidades de diferentes sólidos, líquidos y gases: Tabla de densidades (25 °C) Sólidos Aluminio Corcho Cobre Hielo Hierro Madera Plomo Vidrio
g/cm3
kg/m3
2,7 0,25 8,96 0,92 7,9 0,2-0,8 11,3 3,0-3,6
2.700 250 8.960 920 7.900 200-800 11.300 3.000-3.600
Líquidos Acetona Aceite Agua de mar Agua destilada Alcohol etílico Gasolina Leche Mercurio
g/cm3
kg/m3
0,79 0,92 1.025 1 0,79 0,68 1,03 13,6
790 920 1.025 1.000 790 680 1.030 13.600
Gases (0 °C, 1 atm) Aire Butano Dióxido de carbono Hidrógeno Oxígeno
g/cm3
kg/m3
0,0013 0,0026 0,0018 0,0008 0,0014
1,3 2,6 1,8 0,8 1,4
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11.3.-Materiales e instrumentos:
Picnómetro para sólidos
Picnómetro para líquido
18
Acetato de etilo
Estufa para laboratorio
Balanza eléctrica analítica
19
Micropipeta
Vaso Beaker
Termómetro
20
Micropipeta
Vaso Beaker
Termómetro
20
