Universidad FACUL FA CULT TAD DE INGENI INGENIERIA ERIA INDUSTRI INDUSTRIAL AL de Fisicoquímica Laboratorio Nacional Mayor de San Marcos I.RESUMEN La experiencia realizada tiene como objetivo la determinación de la densidad de líquidos y sólidos a través del método del picnómetro. Para realizar nuestra experiencia se debe tomar en cuenta las condiciones atmosféricas en las que se encuentra nuestro laboratorio para realizar los experimentos. Se determino una temperatura ambiente de 21.7ºC; también la presión atmosférica de 756 mmHg y una humedad relativa de 94%. Para la determinación experimental de la densidad utilizaremos el método del picnómetro utilizando dos temperaturas de 20ºC y 30ºC La densidad obtenida en la experiencia para el Isopropil 2-Propanol a una temperatura de 20ºC es 0.7864g/ml y a 30ºC es 0.7839 g/ml. Después de realizar los calculo y teniendo en cuenta los valores teóricos de las sustancias anteriores podemos observar observar que tenemos com o porcentaje de error para la muestra a 20ºC es % y a 30ºC es %. Y de la misma forma para hallar la densidad del carbonato de calcio (CaCO 3) a T=21.7ºC (temperatura ambiente) utilizamos el método del picnómetro obteniendo una densidad de 5.989 con un porcentaje de error de 120%.un porcentaje muy alto por cierto, pero que tendrá su significativa explicación en la discusión discusión de resultados .
P ractica ractica
03 ² Densidad de sólidos y líquidos
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Universidad FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Laboratorio de Fisicoquímica Nacional Mayor de San Marcos II.- INTRODUCCIÓN Bien es sabido que el mundo o más aun el Universo están constituidos por materia cuyas propiedades principales son la masa y el volumen que ocupan. La Densidad, es la masa de un cuerpo por unidad de volumen. Para medir esta densidad, específicamente la de un liquido; se utiliza el densímetro, que proporciona una lectura directa de la densidad, sin embargo, para nuestra experiencia recurrimos a la aplicación del MÉTODO DEL PICNOMETRO en el cual, únicamente utilizamos los valores de los pesos obtenidos por una balanza y la formula de la gravedad especifica o densidad relativa. En el proceso de la realización de los cálculos correspondientes a nuestra experiencia, pudimos contrastar resultados teóricos y experimentales, dichas diferencias resultaron ser bastante satisfactorias puesto que dieron porcentajes de error muy pequeños. Por medio desarrollo de este reporte es que expresamos, lo mejor posible, nuestro aprendizaje del tema respectivo así también queremos informar, textualmente, nuestro continuo aprendizaje sobre la utilización de las herramientas y/o instrumentos de laboratorio.
P ractica
03 ² Densidad de sólidos y líquidos
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Uni i G A L A A F i nal M a yor de San M a rcos
rio Lab or at oAL
i i oquími a
III. PRINCIPIOS TE RICOS DENSIDAD ABSOL TA: a densidad o densidad absoluta es la magnit d que expresa la relaci n entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el k ilogramo por metro cúbico (kg/m3), aunque frecuentemente se expresa en g/cm3. a densidad es una magnitud intensiva
Donde: es la densidad, m es la masa y V es el volumen del determinado cuerpo. Estas relaciones est n en funci n de la temperatura y la presi n;para los líquidos y 20 los sólidos la densidad se indica en las tablas de datos con el siguiente símbolod , siendo el exponente la temperatura.
PESO ESPECÍFICO O PESO ESPECIFICO ABSOL TO: Se def ine por la razón:
Donde: m y m0 son los pesos reales de la sustancia y del agua contenida en el mismo volumen V a la misma temperaturaT. El peso específ ico de un mineral es un número que expresa la relación entre su peso y el peso de un volumen igual a 4ºC.El peso específ ico de un mineral de composición determinada es constante y su determinación es, en frecuencia un valor impor tante en la identif icación de un mineral.
DENSIDAD R ELATIVA O GRAVEDAD ESPECIFICA: densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades) La
Donde: P r act i ca 03 ² De n i ad de s óli d o s y líqui d o s ¡
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Uni ersi d ad A L A G A F Naci o nal M a yor de San M a rcos y
rio de F i si c oquími ca Lab or at oAL y es la densida
r
d relativa, es la densidad de la sustancia 0 es la densidad de referencia o absoluta.
Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la 3 densidad absoluta del agua destilada es de 1000kg/m , es decir, 1 kg/L. Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1atm y la temperatura de 0 °C.
PICNOMETRO: Aparato que se utiliza para determinar las densidades de distintas sustancias. Tambi n se conoce como frasco de densidades. Consiste en un pequeño frasco de vidr io de cuello estrecho, cerrado con un tapón esmer ilado, hueco y que termina por su par te super ior en un tubo capilar con graduaciones. Para llenar el picnómetro se quita el tapón esmer ilado, que est hueco o perforado, se añade la muestra con una probeta pequeña y se tapa. El líquido subirá por el inter ior del tapón hasta el capilar. Puede ocurr ir que incluso rebose, en cuyo caso se secar ía 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 reci piente. Algunos picnómetros, menos precisos, no tienen tapón, sino un cuello largo aforado; en este caso, el picnómetro se llenar ía hasta el enrase marcado en el cuello y de esta forma se conocer ía el volumen del líquido.
P r act i ca 03 ² De n si d ad de s óli d o s y líqui d o s
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Uni ersi d ad A L A G A F Naci o nal M a yor de San M a rcos
rio de F i si c oquími ca Lab or at oAL IV.TABLA S DE
DATOS Y R ESULTADOS A)
Tabla 1: Condiciones de laboratorio
P(mmHg) 756
T (ºC)
%HR
21.7
94%
Determinación de la densidad de Líquidos por el método del Picnómetro
V H 20 ºOC
0.9982 g/ml
F H O
3.1056*10-4
2
2
V 20 º C
C 3 H 8 O
V 15 º C
C 3 H 8O
V 30ºC
C 3 H 8 O
( CH 3) 2 CHOH
( CH 3) 2 CHOH
( CH 3) 2 CHOH
V
F
30 º C
0.99568 g/ml
H 2O
C 3 H 8O
( CH 3) 2 CHOH
0.7848 g/ml 0.78913 g/ml 0.7764 g/ml
Determinación de la densidad de Sólidos por el Método del Picnómetro 21 .7 º C
V CaCO
3
21 .7 º C 2O
V H
B)
2.71 g/ml 0.9977g/ml
Tabla 2: Datos teóricos
P r act i ca 03 ² De n si d ad de s óli d o s y líqui d o s
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Universidad FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Laboratorio de Fisicoquímica Nacional Mayor de San Marcos V. RESULTADOS
V V
V lor experimen l
V lor Teórico
% de Error
0.7864 g/ml
0.7848 g/ml
0.20%
0.7839 g/ml
0.7864 g/ml
0.97%
5.989 g/ml
2.715 g/ml
120%
20 º C C 3 H 8 O ( C H 3) 2 C HOH
30 º C C 3 H 8O ( C H 3) 2 C HOH
V
21.7 º C CaC 3 ¢
PORCENTAJE DE ERROR S iendo
e l fórm l p r h ll r el porcen je de error es:
% E R
!
X Teo X Exp X Teo
Ahor h ll remos el porcen je de error p r l densid d del liquido T=20ºC
!
% E
20 º C 3 H 8 O
V C
20 º C
V
C 3 H 8 O £
( C H 3 ) 2 C HOH
( C H 3) 2 C HOH
20 º C V C 3 8 ¥
( C 3 ) 2 C ¥
¦
¥
¥
¦
20 º C
C 3 H 8 O
( C H 3) 2 C HOH
v 100% !
( C H 3 ) 2 C HOH
eor ico
0.7848 g / ml 0.7864 0.7848 g / ml
03 ² Densidad de sólidos y líquidos
C 3 H 8 O ¤
V
!
20 º C
E xper i ent al
£
% E
V
eor ico
P ractica
v 100%
v 100% ! 0.20%
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Universidad FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Laboratorio de Fisicoquímica Nacional Mayor de San Marcos
Seguid men e h ll remos el porcen je de error p r l densid d de l mues r un T=30ºC.
V !
% E
30 º C V C 3 8
(
§
¨
3) 2 C
C §
§
V
30 º C
C 3
(
§
8
¨
C §
3 ) 2 C §
§
30 º C
C 3 §
¨
Teor ico
V
§
¨
8
¨
(
C §
3) 2 C
Exper iment al 30 º C
C 3
(
§
8
¨
C §
3 ) 2 C §
§
§
¨
v 100% !
§
¨
Teor ico
% E
30 º C V C 3 8 ©
!
( C 3) 2 C ©
©
0.7764 g / ml 0.7839
©
0.7764 g / ml
v 100% ! 0.97%
Por úl imo de ermin remos l densid d del solido (C CO3) d do T=25ºC V
% E
21.7 º C V CaC O 3
!
21.7 º C
21.7 º C V CaC 3
CaC O3 T eor ico
V
un
O
E xper i ent al
21.7 º C
*100% !
CaC O3 eor ico
% E
21.7 ºC V CaC O 3
!
2.715 g / ml 5.989 g / ml 2.715 g / ml
* 100% ! 120.6%
VI.- CÁLCULOS P ractica
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Universidad FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Laboratorio de Fisicoquímica Nacional Mayor de MINACION LA NSI A LIQUI OS PO L M O O San Marcos L PICNOM O DETER
DE
DE
DE
D D DE
D
R E
ET D
ETR
. Calculo de la gravedad especifica tanto del agua como del Isopropil 2-
a
Propanol a 20ºC y30ºC
Se sabe que:
T
GeT 0 0
W1 W3
15.1399 g 15.1436 g
W1 W3
15.1399 g 15.1436 g
!
W 4
W 3
W 2
W 1
PESOS A 20ºC W2 W4 PSOS A 30ºC W2 W4
31.9733 g 28.4079 g 31.9434 g 28.3722 g
En onces, la gravedad específ ica Para T=20ºC es:
Isopropil 20 ºC
Ge A g a 20 º C
Isopropil 30 ºC
.
b
28.4079 g 15.1436 g 31.9733 g 15.1399 g
! 0.7879
Para T=30ºC es:
Ge A g a 30 ºC
!
!
28.3722 g 15.1436 g 31.9434 g 15.1399 g
! 0.7873
Determinamos
los valores experimentales de la densidad del Isopropil 2-Propanol a 20ºC y a 30ºC.
Una vez determinado la gravedad específica procedemos a hallar la densidad experimental del Isopropil 2-Propanol, a raíz de la siguiente fórmula:
P ractica
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Universidad FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Laboratorio de Fisicoquímica Nacional Mayor de T T T San Marcos V ! GeT V H O 0
0
A
0
2
0
DATOS Ge200ººC C
0.7879
Ge300ººC C
0.7873
V 202ºC
0.9982
V 302º C
0.9956 g/ml
2
3
Reemplazando se iene y
V
V
20 ºC
Isopropil 20 º C
C 3 H 8 O ( C H 3 ) 2 C HOH
20 ºC C 3 H 8O ( C H 3) 2 C HOH
V
2
! Ge
Isopropil 30 º C
C 3 H 8 O ( C H 3 ) 2 C HOH
C 3 H 8 O ( C H 3) 2 C HOH
20 º C
V H O
A g a 20 º C
! 0.7879(0.9982 g / ml ) !
Para T=30ºC es:
30 º C
30 ºC
! Ge
! 0.7864 g / ml y
V
Para T=20ºC es:
A g a 30 ºC
30 º C
V H O 2
! 0.7873(0.9956 g / ml ) !
! 0.7839 g / ml
c. Cálculo de los valores teóricos para la densidad de Isopropil 2 Propanol a 20ºC y a 30ºC
V
T x
!
V
T 0
1 (T 0 !
T ) X
Donde: T0: Temperatura a la que tenemos la densidad.
Tx: Temperatura a la que queremos obtener la densidad F : Coef iciente de dilatación cubica de la muestra pura T
V 0 : Densidad de la muestra a la temperatura T0 V
T x
V
15 ºC
T0 P ractica
: Densidad de la muestra a hallar DATOS 0.78913g/ml 25ºC
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Universidad FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Laboratorio de Fisicoquímica Nacional Mayor de T 20ºC y 30ºC 1.094*10 San Marcos Tom mos como x
-3
F
a
emperatura
t
conocida a T0=25ºC
Ahora calcularemos la densidad teórica del Isopropil 2-Propanol a 20ºC y 30ºC.
Para Tx=20ºC
y
V
20ºC
!
V
15ºC
1 (T 0 T X ) 11.094v103 º C 1 (15º C 20º C )
V
!
! 0.7848 g / ml
Para Tx=30ºC
y
30ºC
0.78913 g / ml
!
"
V 15ºC
0.78913 g / ml
!
1 F (T 0 T X ) 11.094v103 º C 1 (15º C 30º C )
! 0.7764 g / ml
NSI D A D DE SOLI DOS DETER MINACION DE LA DE L DE
PO R E L M ET O DO
PICNOM ETRO
. Calculo de la gravedad especifica (G) del CaCO3 a 25ºC
a
A partir de:
G
A S 21.7 º C
V H O
!
15.1433 g 32.1140 g 0.9977 g/ml
M
A
P M A S
PESOS A 20ºC M P
15.3085 g 31.9763 g
2
P ractica
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Universidad FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Laboratorio de Fisicoquímica Nacional Mayor de O endre mos l gr ed d San Marcos experimen l: 15.30 5 g 15.1433 g bt
a
G
!
av
a
ta
8
31.9763 g 15.3085 g 15.1433 g 32.1140 g
! 6.007
. Calculo de la densidad experimental del CaCO 3 a 21.7ºC
b
A raí z de: T
V Só0 li #
o
! G .V
T 0 H 2 O
Reemplazando los datos tenemos: 21 .7 º C
V CaC O
3
P ractica
! G.V
21.7 º C
H 2O
! 6.007(0.9977 g / mL) ! 5.989 g / mL
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VII.- ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS y El método del picnómetro es un método muy exacto, además con ayuda de una
balanza digital los valores de los pesos son más exactos y se puede determinar la densidad muy próxima a la teórica para así poder hallar las viscosidades a diferentes temperaturas. y El porcentaje de error nos muestra un acierto muy bueno en las mediciones, así del
resultado obtenido de 0,20% y 0.97% de error, lo cual nos indica que los materiales utilizados nos han proporcionado una medida muy exacta y por ello se aproxima mucho al valor teórico. y
Sin
embargo en la obtención de la densidad del sólido (CaCO3), el error calculado
fue muy alto debido a mala manipulación de los instrumentos y la falta de precisión al llenar el picnómetro de manera que el capilar esté completamente repleto. y Otra posible razón del porcentaje de error alto es que no se generó un buen secado
del picnómetro en la estufa, por fines de tiempo.
P ractica
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Universidad FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Laboratorio de Fisicoquímica Nacional Mayor de San Marcos VIII.- CONCLUSIONES La densidad es inversamente proporcional a la temperatura, ya que al aumentar a
temperatura, la sustancia experimenta una expansión en el volumen, lo que hace que en la relación (m/V), disminuya, ya que la masa se mantiene constante, entonces a mayor temperatura, menor densidad. Esta misma afirmación puede hacerse para la Gravedad Específica, es inversamente
proporcional a la temperatura. La densidad de sólidos y líquidos puede ser determinado con facilidad teniendo
como dato la gravedad específica a una determinada temperatura y la densidad de agua a la misma temperatura. Según las pruebas realizadas en el laboratorio se pudo comprobar que realmente el
método del picnómetro no es tan exacto, pero si muy cercano ya que el margen de diferencia entre los resultados es de centésimas y hasta de milésimas.
P ractica
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Universidad FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Laboratorio de Fisicoquímica Nacional Mayor de San Marcos IX.RECOMENDACIONES
y
Tratar
de mantener la temperatura constante cuando se trabaja con el picnómetro,
para la determinación de las densidades de las diversas soluciones que se van a estudiar. y
Los materiales que se utilizan para las diversas mediciones se deben lavar y secar por completo en la estufa.
y
El picnómetro debe de ser llenado completamente hasta el capilar; luego del baño se debe de secar por completo el picnómetro antes de ser pesado.
y
El volumen que se utiliza de agua debe ser el mismo para las soluciones de etanol que se han utilizado.
y
Sujetar
el picnómetro de la boca del envase y no del tubo capilar ya que el capilar
es un parte movible. y
Al
momento de encender la balanza analítica se debe esperar a que pase por el
proceso de auto calibración. y
Es importante cerrar la ventana de la balanza analítica para que no entre ninguna sustancia externa como polvo.
y
Al
empezar a realizar las mediciones con la balanza analítica se pueden presentar
lecturas de ³0,0002g´ platillo de mediciones.
ó ³0,0001g´ cuando no existe ninguna sustancia en el Ante
esto se debe presionar el botón ³ Tare´ para tarar el
peso de la balanza y que la lectura vuelva a indicar ³0,0000g´.
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Universidad FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Laboratorio de Fisicoquímica Nacional Mayor de X.BIBLI San Marcos OGRA FÍA
Libros:
A.TIPLER, Paul. Fisica Preuniversitaria. Editorial Reverté S. A. 1987. Tomo I. Pag. 258. y A. LANGE,Norbert. Handbook of chemistry. Pag. 1127. y
y
Handbook of chemistry and physics. 57thedition 197619977.Editor Robert C. Weast.
y
Información Tecnológica Vol 14. Centro de Información Tecnológica. Editor Jose O. Valderrama.
Páginas We b:
http://es.wik ipedia.org/wik i/Densidad
http://books.google.es/books?id=XRNDAAAAIAAJ&q=densidad+absoluto& dq=densidad+absoluto&hl=es
http://es.wik ipedia.org/wik i/Alcohol_ isoprop%C3%ADlico
http://www.monograf ias.com/traba jos4/ladensidad/ladensidad.shtml
P ractica
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Universidad FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Laboratorio de Fisicoquímica Nacional Mayor de San Marcos XI.- APÉNDICE A.- CUESTIONARIO 1. Mencione tres diferencias entre densidad absoluta y relativa. a. La densidad absoluta es la razón entre la masa y el volumen de una sustancia a una determinada temperatura, mientras que la densidad relativa es la relación entre la densidad absoluta de un sustancia con la densidad absoluta de un líquido referencial. 3
b. La densidad absoluta presenta unidades ([M]/[L ]), mientras que la densidad relativa es adimensional por ser un cociente. c. La densidad absoluta es una magnitud derivada de la masa y la longitud, entonces depende de la presión, la temperatura, la masa molecular y la cantidad de moléculas contenidas en ese volumen, mientras que la densidad relativa sólo depende de las masas específicas de las sustancias, además de la presión y temperatura 2.
Escribir la relación matemática entre grados API, y de los grados Beaumé (ºBe) con la gravedad específ ica (Ge). Los grados API ( Amer ican P et rol eum I n stit ut e), 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.
g rado .. AP I !
141.5
Ge ( g / mL )
131.5
Nótese que cuanto mayor es el grado API, menor es la densidad. Los valores extremos para la escala API son 0, que corresponde a 1.076 g/cm3 y 100, que corresponde a 0. 6112 g/cm3. Relación Gravedad Específica y °Be Por otro lado, sabiendo que los grados Bé 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:
P ractica
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Universidad FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Laboratorio de Fisicoquímica Nacional Mayor de Para San Marcos líquidos menos densos que el agua : Donde: 146,3 d = ±±±±±±±±±± (con agua destilada n = 10) 136,3 + n n = número de Grados Beaumé Para líquidos más densos que el agua :
d = densidad
146,3 d = ±±±±±±±±±± (con agua destilada n = 0) 136,3 - n
3. Si mezclamos a 20ºC agua con etanol (densidad relativa 0.8) resulta una solución 4 4m A al 40% w en m Ge ! ! ! Calcule la alcohol. 5 V 5V $
%
A
densidad
de
la
m mA
!
%
m
mezcla en SI. 2
5 m
%
m %
mA 2
De (A) y 3
!
A
%
m
!
%
mA
m
!
%
5V A
mA .......... (A)
2
! .......... (B) 3
4V %
5VA
mA
%
4V
&
mA
(B)
!
23 3
5
! .......... (a) 3
V %
VV A $
VA VA
P ractica
5 2x5 6
!!
3x4 6
03 ² Densidad de sólidos y líquidos
!
5 11 66
.......... ( b)
pág.18
Universidad FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Laboratorio de Fisicoquímica Nacional Mayor de San Marcos (a) entre (b) mE mA VE VA
V mezcl a
x
VA mA
!
30 33
! Ge Amezcl a
! Ge A ezcl a ( V A ) ! m
10 11
V A
De Tablas: A = 0,997 g/cm3, a 20ºC
20 º C
V mezcl a
P ractica
!
10 ¨
g ¸ g © 0.997 3 ¹ ! 0.9064 3 11 ª cm º cm
03 ² Densidad de sólidos y líquidos
pág.19
