Manual de prácticas de Laboratorio de Balance de Masa, Energía y Medición
PRÁCTICA 2: Determinación de la densidad de soluciones salinas OBJETIVOS Determinar la densidad del agua haciendo uso del picnómetro. Determinar la variación de la densidad de una solución de agua salada en función de la concentración.
APLICACIÓN EN EL CAMPO DEL INGENIERO QUÍMICO La densidad es una propiedad física de las sustancias de gran importancia en el análisis de situaciones de estática estática y dinámica de fluidos, ésta ésta nos dice cuánta materia hay de esa sustancia en cierto espacio, allí la importancia de contar con métodos y equipos o instrumentos que permitan determinar de forma rápida y precisa la densidad de un fluido.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS Guía de preguntas claves para la elaboración del fundamento 1. ¿Qué es la densidad? 2. ¿Cómo se define a la densidad relativa? 3. ¿Cómo se mide la densidad? 4. ¿Qué instrumentos podemos utilizar para medir la densidad?
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO
Picnómetro
Balanza analítica
Figura 2.3. Equipo para determinar la densidad del agua y de soluciones salinas.
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DISEÑO DE LA PRÁCTICA Materiales 1 pipeta de 10 ml 1 jeringa de 5 ml 1 vaso de precipitados de 100 ml o mayor 1 varilla de vidrio 1 vidrio de reloj 1 espátula
Reactivos Agua Sal de cocina (aproximadamente 200 gr)
Instrumentos de medición 1 termómetro digital 1 balanza analítica 1 picnómetro
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA a) Determinación de la densidad del agua midiendo su masa y su volumen. 1. Anotar el valor del volumen del picnómetro que tiene registrado en la pared del frasco. 2. Medir la masa del picnómetro vacío, teniendo el cuidado de que se encuentre totalmente seco y limpio. 3. Llenar completamente el picnómetro de agua utilizando una jeringa o una pipeta y luego colocar su tapón, parte del líquido se derramará y por lo tanto se deberá secar perfectamente el recipiente y el tapón por fuera. Si queda líquido en las paredes externas provocará error en la medición. 4. Medir la masa del picnómetro lleno de líquido. 5. Quitar el tapón al picnómetro y sin vaciarlo volver a llenarlo completamente, luego colocar el tapón, secar bien por fuera y volver a medir su masa. 6. Repetir la operación anterior para tener tres mediciones que permitirán obtener tres valores de densidad para el agua. 7. Medir la temperatura del agua. 31
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b) Variación de la densidad en función de la concentración. 1. Limpiar y secar el picnómetro. 2. Obtener diferentes concentraciones de sal en agua de 5 g/lt., 10 g/lt., 20 g/lt., 30 g/lt., y 50 g/lt. aproximadamente.
Sugerencia: Será suficiente preparar una solución de 100 ml para cada concentración, disolviendo la cantidad de sal correspondiente. Se puede empezar con la concentración más baja para optimizar la cantidad de sal y volver a utilizar la solución sobrante para obtener una solución más concentrada agregando la sal faltante. 3. Determinar la densidad de cada concentración utilizando el picnómetro, siguiendo el procedimiento del paso 3 al 7, de la sección anterior.
DESECHO DE PRODUCTOS Y SUBPRODUCTOS Ya que el único compuesto utilizado es el agua con diferentes concentraciones de sal, ésta puede ser desechada al drenaje.
RESULTADOS Con los datos medidos en el laboratorio estime los siguientes parámetros: 8. Obtener tres valores de densidad para el agua, correspondientes a los tres valores de masa (Tabla 2.7). 9. Con los tres valores de densidad obtener: La densidad promedio del agua. La desviación promedio. El error porcentual correspondiente. 10. Repetir las actividades anteriores para las soluciones salinas (Tabla 2.8). 11. Obtener una gráfica de la densidad contra la concentración en g/litro.
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a) Determinación de la densidad del agua midiendo su masa y su volumen.
Picnómetro:
Picnómetro vacío:
Tabla 2.7 Mediciones obtenidas del picnómetro lleno de agua
Densidad
Medición
(g/ml)
(g)
1 2 3
=
=
b) Variación de la densidad en función de la concentración. Tabla 2.8 Mediciones obtenidas del picnómetro lleno con distintas concentraciones de sal
Densidad
Concentración (g/lt.)
1
2
T
(g/cm3)
(g) 3
1
5 10 20 30 50
33
2
3
(°C)
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CÁLCULOS Con los datos obtenidos en la práctica y usando las ecuaciones siguientes calcular lo que se pide: 1. Densidad
(A2.2.2) Donde: = masa = volumen del picnómetro
2. Desviación promedio (A2.2.4) Donde: = Es la media aritmética. = Los valores diferentes de , en este caso de la densidad. = Número de mediciones realizadas.
3. Error porcentual (A2.2.10) Donde: = Error relativo.
CONCLUSIONES 1. ¿Cuáles son las fuentes de error más comunes qu e pueden presentarse en la medición de la densidad de un líquido? 2. ¿Cuál es el comportamiento observado de la densidad respecto a la concentración? 3. ¿Cuál es la ventaja básica del picnómetro en la determinación de densidades en comparación con otros instrumentos? 34
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Kenneth Wark Jr., Donald E. Richards. Termodinámica. 6a edición. McGraw Hill. (2001). Perry, R.
. 7ª edición. McGraw- Hill. (2010).
Raymond, Chang. Química. 7ª edición. McGraw- Hill. (2002).
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ANEXOS A2.1 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS REACTIVOS Y PRODUCTOS [3] Tabla 2.9 Propiedades físicas y químicas del agua y de la sal
Propiedades
Agua
Sal
H2O
NaCl
Peso molecular
18
58
Forma y color
Incolora, liquida
Blanca, solida
---
---
0°C
---
100°C
---
-----
35.7
Fórmula
Densidad relativa Punto de fusión Punto de ebullición Solubilidad en 100 partes de agua
A2.2 ECUACIONES PARA REALIZAR LOS CÁLCULOS Densidad Se define como la masa por unidad de volumen:
(A2.2.1)
Entonces la fórmula para calcular la densidad mediante un picnómetro es la siguiente:
(A2.2.2)
Es frecuente encontrar las densidades relativas de sólidos y líquidos en libros de manuales, que sus densidades.
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Media aritmética Es el valor medio de una serie de medidas, cuanto mayor sea el número de lecturas, el valor medio de ellas se aproxima más al verdadero. El número mínimo de medidas admisible para una unidad física es de tres medidas. Se determina a partir de la siguiente expresión matemática.
(A2.2.3) Donde: = Es la media aritmética. = Son las medidas obtenidas.
= Número de mediciones realizadas. A este valor le llamaremos valor más probable y será considerado como el mejor valor de una medida realizada varias veces.
Desviación promedio Es el cálculo que da la información relacionada con cuánto se desvían ciertos valores del valor promedio.
(A2.2.4) Donde: = Es la media aritmética. = Son las medidas obtenidas.
= Número de mediciones realizadas.
Desviación estándar Es un perfeccionamiento de la desviación promedio y considerando como el más importante de la cuantificación del esparcimiento.
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(A2.2.5) Donde: = Desviación estándar.
Error estándar Se llama error del valor medio o error estándar a la discrepancia o relación que existe entre el valor verdadero
y el promedio de las mediciones
.
(A.2.2.6) Este error puede ser positivo o negativo y puede representarse como:
(A.2.2.7) El error del valor medio es igual a la desviación estándar dividido por el número de mediciones. (A.2.2.8) Donde: = Desviación estándar.
Error relativo (A.2.2.9) Donde: = Error estándar.
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Error porcentual
(A2.2.10) Donde: = Error relativo.
A2.3 LISTA DE SEGURIDAD Las reglas principales de seguridad para esta práctica son: Utilice gafas de seguridad todo el tiempo que esté en el laboratorio. Es conveniente además, utilizar una bata al igual que guantes. Nunca pipetee utilizando la boca y no inhale vapores o gases Lea cuidadosamente las etiquetas de los reactivos. Utilice los reactivos solamente en las cantidades y la concentración que se especifica en los procedimientos. Utilice el extractor siempre que esté utilizando sustancias que puedan liberar gases tóxicos e irritantes.
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