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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA FISICOQU IMICA
GRUPO E
I NDI CE I NTROD ODUCCI ON
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MARCO TEORI CO
4
PROCESO EXPERI MENTAL
6
RESULTADOS
8
CALCULOS
8
DI SCUSI ON DE RESULTADO
12
RECOMENDACI ONES
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APENDI CE
15
CUESTI ONARI O
17
BI BLI OGRAFI A
18
CUESTI ONARI O
19
I NTRODUCCI ON En la vida cotidiana, uno puede notar que ciertos objetos o líquidos tienen un mayor peso que otros, aunque estos tengan tengan la misma forma y el mismo mismo volumen. volumen. Esto se puede explicar explicar gracias al concepto concepto de la densidad, el cual es la masa por unidad de volumen que posee cierta
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GRUPO E
materia. Esto explicaría porque unos bloques de metal de misma forma, como cilíndrica, tengan distintos pesos, o porque un bloque de hierro de 25Kg es ms peque!o que un bloque de aluminio del mismo peso, y tambi"n explicaría por qu" ciertos objetos o líquidos salgan a flote cuando se sumergen en agua u otro líquido. #a mayoría de nosotros conocemos el m"todo tradicional, el cual es anali$ar el peso de un objeto, y el volumen que ocupa en una bureta de agua este mismo. En esta prctica trabajaremos con t"cnica que incluyen ecuaciones algo complejos, pero que se pueden relacionar con variables las cuales sirven para calcular densidades de ciertos objetos o líquidos a distintas temperaturas, las cuales herían que el resultado sea ms exacto.
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MARCO TEORI CO 1. DENSIDAD %unque la materia posea cierto peso o volumen, la masa de los objetos ocupan vol&menes distintos en el espacio, así se nota que un bloque de hierro con cierto peso no tiene el mismo tama!o que un bloque de madera del mismo peso. En sí, la densidad es la masa que tiene un objeto por unidad de volumen, expresado con la siguiente formula'
ρ=
m v
()nde' - *+ masa Kg o g-
- + volumenm# o cm /2. PESO ESPECIFICO Es el peso 0- relacionado por el volumen que este ocupa. Esta expresado como'
γ =
W V
()nde'
m m× 9.89 2 ¿ - 1' es el peso de la materia s
- ' es el volumen que el peso ocupa m# o cm /3. DENSIDAD RELATIVA O GRAVEDAD ESPECIFICA Es la relaci)n entre el peso específico de una sustancia o solido entre el peso específico de una sustancia patr)n. u ecuaci)n quedaría de la siguiente manera' uele expresarse en la siguiente ecuaci)n'
¿T T = 0 0
γ A γ b
()nde'
-
¿T T
0 0
es la gravedad especifica cuyas temperatura de ambos pesos
específicos son iguales
-
γ A es el peso específico del líquido que se quiere relacionar con el peso específico patr)n
γ ρb
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3omo el valor de
9.89
GRUPO E
m 2
s
es constante, se puede simplificar de la ecuaci)n
de gravedad específica, por lo que quedaría a la relaci)n entre la densidad de un líquido entre la densidad de una sustancia patr)n'
¿T T = 0 0
ρ A ρb
i se trabaja amabas sustancias, tanto la sustancia a relacionar con el patr)n, a un volumen igual y constante, la ecuaci)n se reduciría a la relaci)n entre sus masas contenidas en este volumen
¿T T = 0 0
w A wb
4. CALCULO DE LA DENSIDAD DE UN LIQUIDO A CIERTA TEMPERATURA: 3omo sabemos, la densidad de un líquido o un gas es muy diferente a distintas temperaturas, esto porque a una mayor temperatura suelen expandirse, y a una menor temperatura, estas se contraen. %fortunadamente las densidades de algunos gases y líquidos son conocidas y a ciertas temperaturas estndar, como la densidad del agua a 543 o a /43. 6ero si queremos determinar la densidad de un líquido o un gas a cierta temperatura, la cual no est entre los estndares, se puede usar la siguiente ecuaci)n' T 0
ρ ρ = 1 − β ( T 0−T x ) T x
()nde'
-
ρ
T 0
-
ρ
T x
-
T 0 ' es la temperatura en la cual se obtiene la densidad ρT T x ' es la temperatura en la cual se quiere hallar la densidad ρT
-
β ' es el coeficiente de dilataci)n cubica de la muestra cuya densidad
' es la densidad a una temperatura conocida del líquido o gas ' es la densidad que se quiere hallar a una determinada temperatura 0
x
se quiere hallar a cierta temperatura
PROCESO EXPERI MENTAL
ρ
T x
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MATERIALES' - Picnóme!"' frasco peque!o con un tap)n con un fino capilar. 8acilita el calcula de la densidad ya que en ella se colocaran vol&menes iguales de la sustancia cuya densidad se quiere hallar y de la sustancia patr)n. El picn)metro que hemos usado fue de 9ml.
-
V#$" %e 1&&m' A()# %e$i'#%#: sustancia patr)n 2*+!"+#n"'' sustancia cuya densidad se hallo ,#()e#. ,#-" # em+e!#)!# c"n$#ne' para adecuar el picn)metro a 2 temperaturas
distintas, constituida por una caja de tencnopor. - Pi+e#' de 5 ml
II.
- Te!móme!" PROCEDIMIENTO. a- e lav) el picn)metro con agua destilada, al igual con la pipeta de 5*l y el vaso de 9 ml, se sec) en la estufa durante 95 minutos para evitar cualquier residuo del agua que pueda afectar los resultados. b- %l haber comprobado que el picn)metro, el vaso y la bagueta est"n secos, se pes) el picn)metro vacío. c- 3on una bureta llena de agua destilada, se llen) el picn)metro de 9*l y se sell). d- En la caja de :ecnopor se le agrego agua del grifo, y se coloc) el picn)metro dentro de ella. e- 6ara poder llegar a la primera temperatura con la que se va a trabajar, que es 243, se calent) / ml de agua dentro del vaso de 9 ml para acelerar f-
el calentado. e le fue agregando de a chorros el agua calentada dentro del :ecnopor, y con la ayuda del term)metro se verifico si alcan$o la temperatura deseada, si es que la temperatura subía demasiado, se le agrego peque!os tro$os
de hielo para estabili$arlo. g- ;na ve$ que el term)metro alcan$o la temperatura requerida, se sac) el picn)metro del ba!o de temperatura, se sec) rpidamente y se le peso con el agua destilada dentro, se registraron los datos obtenidos. h- e deshecho el agua dentro del picn)metro y se volvi) a secar durante 95 i-
minutos en la estufa. ;na ve$ seco, con la ayuda de la pipeta, se llen) el picn)metro con 2<
j-
propanol y se sell). e coloc) el picn)metro con 2
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GRUPO E
=- %l llegar a los 243 se extrajo el picn)metro con la sustancia del ba!o de temperatura, se sec) rpidamente y se pes). e registraron los datos l-
obtenidos. e siguieron los mismos pasos para hallar los pesos del agua y del 2< propanol, esta ve$ a /43
RESULTADOS I. TA,ULACIN DE RESULTADOS a- 6ara el agua destilada
:4+ 243
:4+/43
6eso del picn)metro vaci) y
19+ 99.252 g.
19+ 99.252 g.
seco 6eso del 6icn)metro con
12+ 29.>?>@ g.
1A2+ 29.?B? g.
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agua destilada
b- 6ara el alcohol isopropílico 2<6ropanol-
6eso del picn)metro vaci) y
:4+ 243
:4+/43
1/+ 99.255 g.
1 /+99.255 g.
1@+ 9?.C5? g.
1A @+ 9?.B52C g.
seco 6eso del 6icn)metro con alcohol isopropílico
II. C/LCULOS 6ara los clculos de las densidades, primero hallaremos la gravedad específica con los datos obtenidos en el m"todo del picn)metro, con la siguiente ecuaci)n'
¿¿¿ =
W 4 −W 3 W 2−W 1 Como se usaron dos temperaturas distintas; al valor del peso del picnómetro con agua destilada y con alcohol isopropílico se le denotó con W’ 2 y W’ 4, respectivamente.
Ej e mpl odec ál cul o 6artiremos de'
( ) m Liq V
T 0
ρliq
¿
¿¿ =
T 0
ρ H O 2
=
(
T 0
mH 2 O V
= ¿
)
W 4−W 3 W 2−W 1
6or lo tanto despejando la f)rmula anterior'
¿¿¿ x ρ H T O= ρT liq 0
0
2
Par al osl í qui dost r abaj adosaT° =20° C 7.
Dravedad específica
¿T T = 20 20
19.7059 g− 11.2505 g 21.8984 g −11.2502 g
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¿T T = 20 20
GRUPO E
8.4554 g 10.6482 g
¿T T =0.7941 20 20
77.
(eterminaci)n de la densidad del 2<6ropanol T 20
ρliq = 0.7941 x 998,29 kg / m
T 20
ρliq =792.74
kg
g
m
cm
≠0.793 3
3
3
El valor
El valor de la densidad del agua a 20C se calculó de ta!la de valores.
!"r#$o %! la %!&'#%a% %!l ()*ro*a&ol a
777.
6orcentaje de error para el 2<6ropanol
%E =∣
V teórico−V experimet!l V teórico 0.785
%E =∣
g cm
3
−0.793
∣ x 100
g 3
cm
g 0.785 3 cm
∣ x 100
%E =1.019 por"e#ecto
Par al osl í qui dost r abaj adosaT° =30° C 7.
Dravedad específica
¿T T = 30 30
19.6527 g −11.2505 21.9069 g −11.2502
¿T T = 20 20
8.4022 g 10.6567 g
(0+C !'
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GRUPO E
¿T T =0.7884 20 20
77.
(eterminaci)n de la densidad del 2<6ropanol T 30
3
ρliq = 0.7884 x 995,71 kg / m T 30
ρliq =785.02
777.
kg
g
m
cm
≠0.78502 3
3
El valor de la densidad del agua a 20C se calculó de ta!la de valores.
6orcentaje de error para el 2
6ara hallar el porcentaje de error debemos hallar antes, el valor te)rico de la densidad del líquido a /43, ya que este, no es posible encontrarse en una tabla de valores para eso se cumple que'
ρ
T 30 liq
D"&%!: ,: $o!-#$#!&! %! %#laa$#"&
T 20
ρ = 1− β ( T cooci"! −T x )
$./#$a
Entonces'
ρ
T 30 liq
=
−
1
/
3
0.785 g cm −13 1.08 x 10 20
( −30 )
T 30
3
ρliq = 0.785 g / cm
;na ve$ obtenido el valor te)rico, podemos hallar el margen de error.
%E =∣
V teórico−V experimet!l V teórico
∣ x 100
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0.785
%E =∣
g cm
3
−0.78502
GRUPO E
g cm
g 0.785 3 cm
3
∣ x 100
%E =0.0025 por "e#ecto
DI SCUSI ÓN DERESULTADOS
En primer instancia, podemos notar que el pesaje del picn)metro con el agua destilada a 243 con respecto al de /43, aumenta en ,>5 g. Esto, claramente, es un error, ya que por definici)n, sabemos que cuando la temperatura de un líquido aumenta, las mol"culas de F 2G comen$arn a evaporarse y estas en forma de vapor, quedarn en el ambiente y ya no sern parte del líquido inicial por consecuencia el nuevo peso a una temperatura ms elevada tendr que ser ms baja por las p"rdida de estas mol"culas.
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Este error pudo haber sido ocasionado por varios factores, uno de ellos, el alto porcentaje de humedad relativa ?>H- en la que se encontraba el ambiente donde se reali$) el experimento, ya que las mol"culas del agua del medio se pudieron haber adherido al agua contenida en el picn)metro cuando se hacía el ba!o de temperatura, debido que por un error de manipulaci)n, este se encontraba sin el tap)n. Este error fue corregido para el siguiente pesaje.
6ara el peso del picn)metro con el 2<6ropanol a 243 y a /43, notamos que, en este caso, el peso si varía reduciendo cuando la temperatura aumenta. %quí no se cometi) alg&n error que afectara en la variaci)n del peso. Este líquido, por ser un alcohol, se evapora con mayor facilidad debido a que sus mol"culas no forma tantos enlaces puente de hidr)geno como si los hace el agua y su punto de ebullici)n >2,B43- es menor que la del agua 943- por ende este proceso tuvo que reali$arse de manera muy rpida para evitar la evaporaci)n del alcohol y afecte en nuestro resultado.
Gtro resultado a discutir son los porcentajes de error del 2<6ropanol tanto a 243 como a /43 I. Porcentaje de error para el 2-Propanol a T°=20°C e calcul) un porcentaje de error de 9.9?H por defecto, esto quiere decir que hubo una discriminaci)n de cierto factor al pesar el picn)metro con el alcohol o con el agua ya que, uno de estos dos tuvo que haber afectado en el clculo de la gravedad específica y por consecuencia en el valor de la densidad del 2<6ropanol, como mencionamos antes el error al pesar el picn)metro junto con el alcohol II.
probablemente fue una de las causas de este defecto. Porcentaje de error para el 2-Propanol a T°=30°C e calcul) un porcentaje de error de .25H por defecto, es decir se discrimin) muy poco en alguno de los dos pesajes. Iecordemos que para el clculo de este error tuvo que ser necesaria una determinaci)n previa del valor te)rico de la densidad del alcohol.
ρ
T 30 liq
=
3
0.785 g / cm −13
1−1.08 x 10
(20 −30 )
=0.785 g / cm3
3omo podemos apreciar el valor resultante de la densidad te)rica a /43 ser la misma que ha 243, esto se debe a que el valor de J coeficiente de dilataci)n c&bica- es muy despreciable y por lo tanto
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solo sería la unidad la que divide a .C>5 gcm /, dndonos de esta forma el mismo resultado.
RECOMENDACI ONES 13) (ejar secar los materiales a trabajar por un tiempo considerable en la estufa, esto har que elimine todo el vapor de agua posible de estos y así poder tener un menor margen de error en los clculos 2.< 6esar lo ms rpido y cuidadosamente posible el picn)metro con agua y mucho ms con el alcohol ya que como mencionamos antes este se evapora con mayor rapide$ y afectar en nuestros resultados. /.< :omar la temperatura con la mayor certe$a posible y dejando siempre un margen de 9 o 2 grados, ya que en el tiempo que pasa para pesar el líquido este, por la temperatura del ambiente puede variar. @.< erificar que el capilar del picn)metro no este contaminado o tapado, ya que este no dejaría que el exceso del líquido no fluya afuera del picn)metro, alterando los datos de los resultados.
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APÉNDI CE T#0'# %e %en$i%#%e$ %e' #()# %e #c)e!%" # $) em+e!#)!#
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Materiales de laboratorio a'o %! (50 Ml o
o
P#$&"m!ro %! 10 mL6 #&'r2m!&o 2#l#7a%o *ara la m!%#$#"& %! %!&'#%a%!'3
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o
GRUPO E
E&va'!
%! /ao
9rm#$o6 !$o %! ma!r#al a#'la&!6 !& !'! $a'o6 !$&o*or3
o
E'2-a6 *ara '!$ar lo' r!'o' %! a;2a %! lo' #&'r2m!&o' %!l la/oraor#o
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o
GRUPO E
Lagueta, utensilio para diluir el agua caliente o los cubo de hielo en la regulari$aci)n de la temperatura en el ba!o t"rmico.
o
:erm)metro, para medir y establecer la temperatura en la que hemos trabajado para calcular las densidades del propanol a 243 y /43
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BI BLIOGRAFÍA 13 ht t p: / / www. s c . ehu. es / s bweb/ fi si c a/ fl ui dos / es t at i c a/ aer omet r o/ aer omet r o. ht m < -!$a %! $o&'2la: 10 %! '!#!m/r! %!l (01=3 (3 *':>>???3*aolo;#a'$o&'r2$$#o&3&!>(01@>0>$o!$#!&!)%!) %#laa$#o&)!rm#$a> a2or: 2a& A3 P!a6 1( %! '!#!m/r! %!l (01(< -!$a %! $o&'2la: 11 %! '!#!m/r! %!l (01=3 @3 *':>>???3!$2r!%3$2>P#$&C@B@m!ro 6 -!$a %! $o&'2la: %! '!#!m/r! %!l (01=3 43 La/oraor#o %! 2m#$a #&v!'#;a$#o&!'< A2or!': F!r;2'o&6 S$m2$l!r6 Caro6 S#!;!lma&< *r#m!ra !%#$#"&6 1H(< *; (@)(8< -!$a %! $o&'2la 11 %! '!#!m/r! %!l (01=3
CUESTI ONARI O 9. Explique el fundamento te)rico del picn)metro - El picn)metro sirve para facilitar el clculo de las densidades de los líquidos. Esto ya que, al tener un volumen conocido, puede ser utili$ado para calcular las densidades con la ecuaci)n que relaciona la gravedad especifica de 2 líquidos y sus densidades. %l tener un volumen constante, este puede simplificarse. %l soportar un volumen peque!o, el picn)metro tambi"n es bueno
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LABORATORIO DE FISICOQUIMICA para calcular las
GRUPO E
densidades de líquidos a diferentes temperaturas.
Especialmente a alcoholes, que, gracias al delgado capilar que tiene la tapa del
picn)metro,
permite
que
se
evapore
peque!as
cantidades
del
líquido cerca de .2g por segundo- y con ms lentitud, ayudando a que su peso no cambie bruscamente y altere nuestros datos 2. 7ndique y explique los m"todos analíticos o grficos para el clculo de la densidad de líquidos. - Estos m"todos es aplicado tanto para s)lidos y líquidos. 3on ayuda de una probeta graduada, balan$a y agua destilada, este m"todo consiste en medir la masa que tiene cierta materia, y medir cuantos mililitros de agua despla$a en la probeta graduada. #uego se va agregando ms de esa materia, y con el nuevo peso, medir cuantos mililitros de agua despla$a en la probeta graduada. Estos pasos se pueden repetir cuantas veces sea, agregando ms cantidad de materia y midiendo el volumen que ocupa, ya que esto hace que sea ms preciso el clculo de la densidad. El objetivo es reali$ar un plano cartesiano peso
$ = kx , donde = vendría ser la pendiente de esta recta. Esta pendiente vendría ser la densidad del objeto. #a pendiente es la relaci)n entre 2 puntos de los eje
$ 2 − $ 1 x2 − x1
(
$
y
x
g ) 3 cm
M la densidad cumple con esta relaci)n
/.
Explique el efecto de la temperatura sobre la densidad de los s)lidos y líquidos
- #a temperatura afecta en el clculo de las densidades de los s)lidos y líquidos ya que altera el volumen de estos. 6or ejemplo en el caso de un alcohol, cuando este est
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GRUPO E
a una alta temperatura empie$a a evaporarse con rapide$, el cual hace menos preciso el clculo de su densidad. %l igual que el agua esta se evapora con menor rapide$, pero cuanto ms se empie$a a aumentar la temperatura, mayor volumen suele ocupar. (e igual manera ocurre con los s)lidos, especialmente con los metales maleables. 3uando estos sufren un al$a de su temperatura, suelen tener cambios bruscos en su estructura y en su volumen. En la mayoría de casos, cuanto hay una mayor temperatura, los s)lidos y líquidos se expanden. 6ero este cambio en su volumen puede predecirse gracias a un coeficiente de dilataci)n t"rmica, &nico para cada material con que se trabaje. #a expansi)n volum"trica suele expresarse de la siguiente manera'
V # =V i ( 1 + γ × & T ) (onde'
-
V # + volumen final
-
V i + volumen inicial γ + coeficiente de expansi)n volum"trica
-
& T + variaci)n de temperatura
