´ DE LA DENSIDAD DE DETERMINACION ´ DISOLUCIONES Y SOLIDOS BRIGADA 3 9 de septiembre de 2015
Objetivo EL ALUMNO: 1. Preparar´a una disoluci´on on utilizando el material de vidrio adecuado. 2. Determinar´a la densidad de la disoluci´on on preparada. 3. Identificar un metal por medio de la densidad. 4. Determinar´a la media, la desviaci´on on est´andar andar y la incertidumbre de la densidad obtenida. 5. Reconocer´a las propiedades propieda des de la l a materia materi a y las caracter´ısticas ısticas est´aticas aticas de algunos instrumentos utilizados.
Introducci´ on on Toda la materia posee masa y volumen, sin embargo la masa de sustancias diferentes ocupan distintos vol´umenes. umenes. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, m´as pesado nos parecer´a. a. La densidad se define como el cociente cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. As´ As´ı, como en el Sistema Internacional , la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros c´ubicos (m3) la densidad se medir´a en kilogramos por metro c´ubico ubico (kg/m3).
La mayor mayor´´ıa de las sustancias sustancias tienen densidades densidades similares similares a las del agua por lo que, de usar esta unidad, unidad , se estar´ estar´ıan usando u sando siempre n´umeros umeros muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el gramo por cent´ cent´ımetro c´ubico ubico (gr/cm3).
La densidad de un cuerpo est´a relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotar´a sobre otra si su densidad es menor.
Desarrollo ACTIVIDAD 1 Preparaci´ on de la disoluci´on: 1. El profesor asignar´a a cada brigada la masa en gramos de NaCl que deben usar para preparar la disoluci´ on problema. 2. Mida, con ayuda de la balanza, la masa de NaCl asignados a la brigada y transfi´eralo a un vaso de precipitados de 30 [ml], agregue 20 [ml] de agua para disolver. 3. Vierta el contenido del vaso de precipitados a un matraz volum´etrico de 50 [ml]. 4. Con ayuda de la piseta enjuague el vaso de precipitado (aproximadamente 5 [ml]) y adicione al matraz volum´etrico de 50 [ml].
5. Lleve hasta la marca del aforo con agua y agite hasta obtener una disoluci´ o n de concentraci´ on homog´ enea. Disoluci´ o n Brigada A 1 B 2 C 3 D 4 E 5 F 6
Masa de NaCl [g] 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
Volumen de disoluci´ on [ml] 50 50 50 50 50 50
C.D. ( %m/v)[%] 2 4 6 8 10 12
ACTIVIDAD 2 Determinaci´ on de la densidad de la disoluci´on del problema: 1. Anote el valor del volumen que est´a registrado en la pared del picn´ ometro. V = 25,537ml 2. Verifique que el picn´ometro se encuentre totalmente seco y limpio.
3. Mida y anote la masa del picn´ ometro vac´ıo y totalmente armado (m p ). m p = 34,43[g] 4. Ll´enelo completamente con la disoluci´on preparada y t´apelo con term´ometro y tap´on.
5. Mida y registre la masa del picn´ometro lleno con la disoluci´ on (m p+d ). 60 91[ ]
6. Quite el tap´o n al picn´ometro y sin vaciarlo vuelva a llenarlo completamente. Col´oquele el term´ometro y el tap´on, s´equelo bien por fuera y vuelva a medir la masa.
7. Repita nuevamente el paso 6 para tener al menos tres mediciones que le permitir´ an obtener varios valores de densidad para la disoluci´on preparada. m( p+d) = 60,91[g] m( p+d) = 60,90[g] m( p+d) = 60,87[g] 1 2 3
8. Mida la temperatura de la disoluci´on. T 1 [ C ] = 25,0[ C ] T 2 [ C ] = 25,5[ C ] T 3 [ C ] = 25,0[ C ] ◦
◦
◦
◦
◦
◦
9. Registre los datos obtenidos en la tabla 2 y compl´ etela.
Masa del picn´ometro vac´ıo (m p ): 34,43[g] = 0,03443[kg] Volumen del picn´ometro (v p ): 25,537[cm3 ] = 25,537[ml] = 2,5537 x 10 7 [m3 ] −
ACTIVIDAD 3 Determinaci´ on de la densidad de un s´olido 1. Con ayuda de una probeta de 10 [ml] mida lo m´as exactamente posible 9 [ml] de agua de la llave, evitando que se tengan burbujas de aire al interior del l´ıquido.
2. Coloque la probeta sobre la balanza y determine la masa de la probeta con los 9 [ml] de agua (m1). m1 = 46,93[g] 3. Sin retirar la probeta de la balanza, coloque dentro de la probeta, tantas piezas del metal problema como sean necesarias para tener un volumen desplazado de al menos de 0.5 [ml] de agua.
4. Verifique que no se tengan burbujas de aire al interior de la probeta y mida lo m´ as exactamente posible el volumen desplazado anotando el valor obtenido. V 2 = 9,5[ml] 1
5. Determine la masa de la probeta con los 9 [ml] de agua y las piezas met´alicas (m2).
m2 = 50,39[g] 6. Retire las piezas met´alicas de la probeta.
7. Repita al menos tres veces los pasos 1-5 de esta actividad para llenar la tabla 3.
8. Con ayuda de la informaci´ on de la tabla 4, identifique el metal al que le determin´o la densidad y calcule el porciento de error experimental ( %EE).
Debido a la densidad que obtuvimos en la tabla, llegamos a la conclusi´on de que el metal con el cual estuvimos trabajando era:
Zinc %EE = 2,1449%
ACTIVIDAD 4 Registre para cada instrumento las siguientes caracter´ısticas est´ aticas: Instrumento Balanza Term´ometro Matraz volum´etrico de 50[ml Vaso de precipitados de 30[ml] Probeta de 10[ml]
Rango 0,01[g] − 510[g] 7,5[ C ] − 42,5[ C ] 50[ml] 5[ml] − 25[ml] 1[ml] − 10[ml] ◦
◦
Resoluci´on Legibilidad 0,01[g] Buena 0,1[ C ] Buena 50[ml] Buena 10[ml] Buena 0,1[ml] Buena ◦
ACTIVIDAD 5 1. Con los datos de la siguiente tabla, trace una gr´ afica de la densidad [kg/m3] (ordenadas) en funci´ on de la concentraci´ %m/v (abscisas)
Brigada 1 2 3 4 5 6
] ρ [ kg m 1010 1020 1035 1048 1060 1075 3
%m/v[ %] 2 4 6 8 10 12
La siguiente gr´afica muestra la relaci´on que existe entre la Densidad y la Concentraci´on de la disoluci´ on, sin embargo no es posible mostrar toda la gr´afica, ya que no seria apreciable dicha relaci´on, adem´as cabe mencionar, que si se trataban de hacer m´as grandes los intervalos del eje de las ordenadas, la relaci´on dejaba de ser visible (daba la impresi´on de ser una linea horizontal), por lo que se opt´o por hacer un acercamiento.
2. ¿Cu´ al es el comportamiento observado de la densidad respecto a la concentraci´on? Exprese la relaci´ on matem´ atica, obteni´ endola a partir del ajuste matem´ atico a los datos experimentales. Analizando la gr´afica, podemos observar que los puntos muestrales generan una especie de linea recta, por lo que nos es posible utilizar la regresi´on lineal para calcular datos de la pendiente y la ordenada al origen, los cuales son: m=6.5428 b=995.5333 r=0.9988
Por lo tanto, el modelo matem´atico que describe la relaci´on entre la densidad y la concentraci´on de disoluci´ on es:
kg kg kg ] = 6,5428[ ]( %m/v) + 995,5333[ ] ρ[ m 3 m3 m3 3. Con los resultados obtenidos infiera: a) La concentraci´ on %m/v de sal en el agua de mar. Considere que la densidad del agua de mar es aproximadamente 1030 [kg/m3]. ] = 6,5428[ kg ]( %m/v) + 995,5333[ kg ] ρ[ kg m m m 3
3
3
=⇒
( %m/v) =
=⇒
ρ[
=⇒
kg ]−995,5333[ kg3 ] m3 m 6,5428[ k g3 ] m
] − 995,5333[ kg ] = 6,5428[ kg ]( %m/v) ρ[ kg m m m 3
=⇒
3
1030[ k g3 ]−995,5333[ m
3
kg ] m3
6,5428[ k g3 ] m
( %m/v)SalMar = 5,2678%
b) La densidad de una salmuera para alimentos que contiene 10 [g] de NaCl en cada 50 [ml] de disoluci´ on. Como sabemos que por cada 50[ml] tenemos 10[g] de NaCl, entonces nuestra concentraci´on sera: 100 = 20 %.
10[g ] × 50[ml]
Entonces, utilizando nuestra formula: ρ[ kg ] = 6,5428[ kg ]( %m/v) + 995,5333[ kg ] m m m 3
3
3
Sustituimos: =⇒
=⇒
] = 6,5428[ kg ](20) + 995,5333[ kg ] ρ[ kg m m m 3
3
3
kg kg ρsalmuera[ m ] = 1126,3839[ ] 3 m3
Conclusiones Este experimento nos fue de mucha ayuda sobre todo para comprender la resoluci´on de problemas en la materia de qu´ımica, ya que necesitamos analizar las variables, entender su comportamiento y relacionar este comportamiento con la variable dependiente, y aunque a simple vista daba la impresi´on de no tener una relaci´on al hacer un acercamiento a los puntos muestrales hallamos pudimos visualizar como deducir el modelo matem´atico. Asi mismo este experimento hizo comprender de una mejor manera la densidad de la materia, y sobre todo su relaci´on con las concentraciones de disoluci´on.
Bibliograf´ıa TP-Laboratorio Quimico. (S/A). ¿Qu´e es la Densidad? . septiembre 8, 2015, de TP-Laboratorio Quimico Sitio web: http://www.tplaboratorioquimico.com/quimica-general/las-propiedades\
-de-la-materia/densidad.html
Imagen Imagen obtenida de: http://www.xn--experimentosparanios-l7b.org/wp-content/uploads/ 2013/12/Amazing-9-Layer-Density-Tower.jpg
Gr´afica generada en GeoGebra.
