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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL Departamento Académico de Ingeniería Química

Laboratorio N°5: Densidad de líquidos GRUPO N° 06

INTEGRANTES:

Oscanoa Vilchez Rosa Orihuela Llimpe Mónica Ramos Chilingano, Liz Erika

DOCENTES:

Ing. Nieto Juarez, Jessica Ing. Rojas Orosco, Janet

LIMA – PERÚ 2019

LABORATORIO DE FISICO QUIMICA I FIQT 2019

Índice general Portada ......................................................................... Error! Bookmark not defined. Índice general .................................................................. Error! Bookmark not defined. Índice de tablas................................................................ Error! Bookmark not defined. Densidad de líquidos ........................................................ Error! Bookmark not defined. Objetivos .................................................................... Error! Bookmark not defined. Fundamento teórico ......................................................... Error! Bookmark not defined. Equipos y Reactivos: ........................................................ Error! Bookmark not defined. Equipos para el Método del Picnómetro.............................. Error! Bookmark not defined. Equipos para el Método de la Balanza de Westphal .............. Error! Bookmark not defined. ...................................................................................... Error! Bookmark not defined. Esquemas ....................................................................... Error! Bookmark not defined. Parte experimental ........................................................... Error! Bookmark not defined. Datos .......................................................................... Error! Bookmark not defined. Cálculos .................................................................... Error! Bookmark not defined.4 Observaciones ........................................................... Error! Bookmark not defined.7 Discusión de resultados .................................................... Error! Bookmark not defined. Conclusiones ................................................................................................................ 18 Recomendaciones ......................................................................................................... 19 Bibliografía .................................................................................................................. 20

Índice de tablas Tabla 1:Datos obtenidos para el agua a diferentes temperaturas y para el etanol a temperatura ambiente mediante el uso de picnómetro....... Error! Bookmark not defined. Tabla 2:Datos obtenidos para el agua y etanol a temperatura ambiente mediante el uso de la balanza de Westphal. ..................................................... Error! Bookmark not defined. Tabla 3:Datos de las densidades del agua a diferentes temperaturas y el etanol (Dean, 1968). ................................................................................ Error! Bookmark not defined. Tabla 4:Densidad experimental del etanol a temperatura ambiente. ............................... 15 Tabla 5:Densidades experimentales del agua a diferentes temperaturas. ................ Error! Bookmark not defined. Tabla 6:Densidades experimentales del etanol a 20°C. .................................................. 17

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Densidad de líquidos Objetivos - Determinar la densidad de líquidos mediante el uso del picnómetro y la balanza de Westphal y comparar los resultados experimentales con tablas especializadas. - Observar la variación de la densidad con respecto a la variación de temperatura en los líquidos. Fundamento teórico La densidad de los líquidos es la relación que existe entre la masa y el volumen de un líquido. La densidad es una magnitud intensiva ya que no dependen de la cantidad de sustancia o del tamaño de un sistema, por lo que cuyo valor permanece inalterable, por este motivo no son propiedades aditivas. Para expresar la densidad se utiliza la siguiente fórmula:

Donde: m= masa del líquido v= volumen del líquido ρ= densidad Densidad Relativa Es una comparación de la densidad de una sustancia con la sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia, ambas densidades se expresan en las mismas unidades y en iguales condiciones de temperatura y presión. La densidad relativa es adimensional, ya que se queda como el cociente de dos densidades. ρr = ρ/ρ

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Peso Específico Es una terminología que se utiliza en química para describir aquella relación entre el peso y el volumen. El Peso específico es la unidad de peso por unidad de volumen de una sustancia.

Gravedad Específica Es la relación del peso específico de una sustancia con el peso específico de otra sustancia tomada como patrón, por consiguiente, es un número adimensional equivalente a la densidad relativa. PICNÓMETRO Es un objeto o instrumento que se utiliza en los laboratorios científicos, por su gran utilidad en cuanto al área de la química, su utilidad radica en la capacidad que tienen para medir la densidad de líquidos y fluidos, además de ciertos sólidos. El picnómetro Gay-Lussac es un recipiente formado por un matraz con forma de pera de boca esmerilada y un tapón autoenrasante. Como su volumen es conocido puede llenarse con un líquido y pesando podemos determinar la densidad de ese líquido. El método del picnómetro para determinar densidades puede ser muy preciso si disponemos de una balanza de precisión (miligramos). El diseño del picnómetro permite que las burbujas de aire asciendan y se concentren en el cuello, siendo expulsadas al colocar el tapón autoenrasante. Esta operación es crítica para obtener buenos resultados, la presencia de burbujas de aire modificará el peso y por tanto la densidad. Para los materiales muy viscosos, sólidos y semisólidos a la temperatura de trabajo en el laboratorio se suelen usar modelos de boca ancha.

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TIPOS DE PICNÓMETROS Este artefacto está construido en vidrio y es un envase de proporciones reducidas, que cuenta con una tapa que tiene un fino tubo apilar dentro. Cabe destacar que los resultados arrojados por este utensilio son muy acertados. Otro nombre que recibe este elemento es frasco de densidades o botella de gravedad especifica. Si bien su principal material es el vidrio, también suele haber picnómetros fabricados en metal, los cuales son utilizados para medir sustancias como la pintura. Si la sustancia no es de una textura tan espesa, entonces el picnómetro usado será de vidrio, aunque poseerá una abertura más abierta, más ancha. En cambio, si lo que se quiere medir es sólido, el picnómetro será de acero. CALIBRACION DE UN PICNÓMETRO Por lo general, cada picnómetro posee los valores de su propio volumen tallados en el vidrio. Sin embargo, también pueden ser calibrados transcurrido cierto tiempo, con el fin de mantener resultados óptimos. Para calibrarlo, se debe limpiar y secar totalmente, incluyendo el tapón. Después debe ser enjuagado con agua destilada y acetona. Volver a secar, pesar y anotar el resultado, ya que será una referencia para calibraciones posteriores. Por último, se llena el recipiente con agua destilada, casi hasta el tope, poner la tapa, sin hacer fuerza, hasta que el líquido salga por arriba. BALANZA WESTPHAL La balanza de Mohr-Westphal, al igual que otras balanzas hidrostáticas, tiene su fundamento en el principio de Arquímedes. Este principio establece que todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta una fuerza vertical hacia arriba, llamada empuje hidrostático o de Arquímedes o, simplemente empuje, cuyo valor es igual al peso del fluido desalojado y cuya línea de acción pasa por el centro de gravedad del fluido desalojado. Así cuando un cuerpo de volumen V se sumerge en un líquido de densidad ρ, el empuje que experimenta el cuerpo es:

E= ρgV

Por tanto, si un mismo cuerpo se sumerge sucesivamente en dos fluidos distintos, de densidades ρ1 y ρ2, experimentará empujes que se encontraran en la relación:

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De modo que, a partir de una medida del cociente E2/E1, podemos determinar la densidad relativa del segundo fluido con respecto al primero.

Equipos y Reactivos: Equipos para el Método del Picnómetro TERMÓMETRO

AGUA DESTILADA

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ETANOL

VASO DE PRECIPITADO

PICNÓMETRO

TERMOSTATO

BALANZA DIGITAL

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Equipos para el Método de la Balanza de Westphal BALANZA DE WESTPHAL

GINETILLOS Y PINZAS PICETA

TERMÓMETRO

PROBETA

VASO DE PRECIPITADO AGUA DESTILADA

ETANOL BUZO

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Esquemas Diagrama de flujo 1.

En primer lugar, iniciamos con el método del picnómetro, lo cual se limpió y secó completamente el picnómetro.

2.

Seguidamente se llevó a pesar el picnómetro seco y limpio a la balanza analítica.

3. Luego se llenó de agua destilada al picnómetro y se midió la temperatura en la que estaba.

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4. 4. Seguidamente pesamos el picnómetro con agua ambiente.

destilada

a

temperatura

5.

Luego se llevó el picnómetro a calentar en el reóstato por 15 minutos, aumentando la temperatura respecto a la temperatura ambiente.

5.

6.

Seguidamente se volvió a realizar el mismo procedimiento tres veces, aumentando la temperatura.

7. Terminado el procedimiento anterior. Se llenó el picnómetro de etanol y se midió la temperatura en la que estaba inicialmente (temperatura ambiente), pero ya no con agua.

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6. 8.

Seguidamente pesamos picnómetro con etanol temperatura ambiente.

el a

9. Paralelo al método del picnómetro, se realizó el método de la balanza de Westphal, por lo cual se inició en armar el equipo.

7.

10. Luego se procedió a calibrar la balanza, por lo cual se inició llenando agua a la probeta, se midió la temperatura en la que estaba y se halló la densidad relativa del agua, en la cual coincidió con el valor de las tablas especializadas de densidades del agua.

11. Por último se llenó de etanol a la probeta, se midió la temperatura en la que estaba y se procedió hallar la densidad relativa del etanol.

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Parte experimental Datos Datos Experimentales Líquido

T (°C)

Agua

20 30 40 50 20

Etanol

Masa del picnómetro con el líquido (g) 43.76 43.72 43.66 43.50 38.98

Tabla 1: Datos obtenidos para el agua a diferentes temperaturas y para el etanol a temperatura ambiente mediante el uso de picnómetro.

Masa del picnómetro seco: 19.02 g

Líquido

T (°C)

Agua Etanol

20 20

Gravedad Patrón de especifica calibración (ρ Agua a 20°C) 0.9982 0.9982 0.8942

Tabla 2: Datos obtenidos para el agua y etanol a temperatura ambiente mediante el uso de la balanza de Westphal.

Patrón de calibración en la balanza de Westphal: =0.9982

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Datos Teóricos:

Liquido Temperatura Densidad (°C) (g/cm3) 20 0.9982 Agua 30 0.99571 40 0.99225 50 0.98802 20 0.7893 Etanol Tabla 3: Datos de las densidades del agua a diferentes temperaturas y el etanol (Dean, 1968).

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Cálculos Picnómetro 1. Determinamos el volumen exacto del picnómetro El volumen exacto del picnómetro lo determinaremos con los datos del agua destilada. De tablas específicas: ρ agua a 20 °C = 0.9982 g/cm3

……………. Ec.1 Donde: : Masa del picnómetro más el liquido : Masa del picnómetro seco De los datos obtenidos:

Entonces:

Por lo tanto el volumen exacto del picnómetro es 24.78 cm 3.

2. Cálculo de la densidad del etanol: 14

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Entonces considerando el volumen del picnómetro 24.78 cm3 y que la masa del agua se determinará con la Ec.1 y para la densidad usaremos ρ =

T (°C)

Masa de total (g)

Masa del etanol (g)

20

38.98

19.96

ρ etanol Experimental (g/cm3) 0.8055

Tabla 4: Densidad experimental del etanol a temperatura ambiente.

3. Con ayuda de tablas especializadas determinaremos el %Desviación:

T (°C) 20

ρ etanol Experimental (g/cm3) 0.8055

ρ etanol Teórico (g/cm3)

%Desviación (%)

0.7893

2.052

4. Cálculo de las densidades del agua: Entonces considerando el volumen del picnómetro 24.78 cm3 y que la masa del agua se determinará con la Ec.1 y para la densidad usaremos ρ =

T (°C)

Masa de total (g)

30 40 50

43.72 43.66 43.50

Masa de Agua (g) 24.70 24.64 24.48

ρ agua (g/cm3) 0.9968 0.9944 0.9879

Tabla 5: Densidades experimentales del agua a diferentes temperaturas.

5. Con ayuda de tablas especializadas determinaremos el %Desviación:

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Temperatura (°C) 30 40 50

ρ agua Experimental (g/cm3) 0.9968 0.9944 0.9879

ρ agua Teórico (g/cm3)

%Desviación (%)

0.99571 0.99225 0.98802

0.1095 0.2167 0.0121

Balanza de Westphal  Cálculo de la densidad experimental del etanol. Para los siguientes cálculos nos basaremos en la siguiente ecuación:

………. Ec. 2

Donde: : Densidad relativa : Densidad desconocida a una temperatura T’ : Densidad de referencia a una temperatura T (ambiente), la llamamos densidad referencia debido a que con este valor calibramos nuestra balanza de Westphal a temperatura ambiente. De los datos tenemos que el patrón de calibración en la balanza de Westphal: =0.9982 Asimismo esta densidad es tomada de referencia del agua, obtenida de tablas: =0.9982 De la ecuación 1:

Es importante resaltar que la densidad relativa es equivalente a la gravedad específica.

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Sustancia

T(°C)

Etanol

20

0.8942

0.8926

0.7893

% Desviación Porcentual 13.08

Tabla 6: Densidades experimentales del etanol a 20°C.

Observaciones  Durante la experiencia en el laboratorio respecto al método del picnómetro, se observó que conforme aumentábamos la temperatura, al momento de realizar las pesadas, se notó que las masas disminuían (esto en el caso del agua).  Durante el experimento respecto al método de la balanza de westphal, se notó que al momento de querer obtener la densidad relativa del agua a temperatura ambiente, no coincidía con las tablas especializadas. Esto debido a que no estaba calibrado la balanza.  Antes de realizar nuestras mediciones, calibramos la balanza de Westphal tomando de referencia la densidad a 20°C, en base a esta medimos nuestras densidades relativas.  Respecto al método del picnómetro se observó que cuando no habíamos secado bien picnómetro luego del baño maría(a una temperatura de 30°C), al momento de pesarlo, la masa aumentó en comparación a la temperatura ambiente, por lo cual tuvimos que secar debidamente el picnómetro.  Se sumergió completamente el buzo en la probeta con agua a temperatura ambiente, asimismo con etanol a 20°C (temperatura ambiente).

Discusión de resultados Picnómetro 17

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 Respecto al picnómetro, en el desarrollo del cálculo experimental de la densidad de los líquidos, no logramos obtener la exactitud deseada, pues nos vimos limitados a la aproximación, por lo que obtuvimos un margen de error.  No se tuvieron resultados exactos, debido a que el picnómetro utilizado en el laboratorio no contaba con un termómetro en su interior, por consiguiente tener la certeza que el líquido que se encontraba dentro había alcanzado la temperatura del baño. Balanza de Westphal  Respecto a la balanza de Westphal, el margen de error que se pueda haber registrado al calcular la densidad de los líquidos, se debe en su gran mayoría a fallas de precisión debido a nuestra alta inexperiencia en la manipulación de los distintos instrumentos, sumando a factores ambientales, como la temperatura que de una u otra forma influye en el cálculo de la densidad especialmente en el caso de los líquidos. Asimismo influyen los factores geográficos como la altitud, dado que la presión varía según la altura a la que se encuentre y la presión al igual que la temperatura induce a una variabilidad al momento de hallar la densidad. Conclusiones  El método del uso del picnómetro nos muestra: -La densidad experimental del etanol a: 20 °C es 0.8055 con un %Desviación de 2.052. - La densidad experimental del agua a: 30 °C es 0.9968 con un %Desviación de 0.1095. 40°C es 0.9944 con un %Desviación de 0.2167. 50 °C es 0.9879 con un %Desviación de 0.0121. - La densidad experimental del etanol a: 20 °C es 0.8055 con un %Desviación de 2.052. - La densidad de una sustancia es inversamente proporcional a la temperatura a la que se encuentra, es decir que, si la temperatura aumenta, la densidad disminuirá.

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- Al comparar los datos teóricos con los experimentales siempre existirá un margen de error, ya que en la práctica intervienen muchos factores que hacen que los resultados tengan una variación.  Mediante el uso de la balanza de Westphal: - Conforme aumenta la temperatura la densidad disminuye. - La densidad del agua a: 20 °C es 0.9982 , lo cual coincide con el valor dado en las tablas especializadas de densidades del agua; por lo cual a este valor lo llamamos “patrón de calibración”, para introducirlo en nuestros cálculos y así lograr hallar la densidad experimental del etanol. - La densidad del etanol experimental a: 20 °C es 0.8926 con un %Desviación de 13.08, respecto a la densidad teórica del etanol a: 20 °C que es 0.7893 . - La densidad del agua experimental, es mayor que la densidad del etanol a una misma temperatura. Recomendaciones

 Se debe mantener siempre seco el picnómetro al momento de realizar las pesadas con la finalidad de evitar medidas erróneas de las masas.  Es de suma relevancia tener perfectamente cerrado o sellado el picnómetro para evitar fugas de agua al momento de ponerlo en contacto con agua caliente.  Es importante tener en cuenta que la balanza este lo más cerca posible a nuestro alcance, para evitar cambios de temperatura, ya sea del ambiente o por contacto de nuestras manos, y que estos afecten las medidas de las masas que vamos a usar.  Tener mucho cuidado que no exista la presencia de burbujas de aire en el picnómetro ya que modificará el peso y por tanto la densidad.  Se recomienda que el picnómetro se calibre cada cierto tiempo con el fin de mantener resultados óptimos.

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 La temperatura del baño debe permanecer constante, el líquido al interior del picnómetro debe alcanzar la temperatura del baño.  La balanza Westphal, debe de estar sobre una superficie plana y estable para obtener resultados más precisos.  Observar que el buzo no toque el fondo de la probeta.

Bibliografía Dean, J. A. (1968). Lange's Handbook of chemistry (5ta ed.). U.S.A: R. R. Donnelley & Sons Company. (2011). Proyecto de física blog spot. Densidad de los líquidos. H. Perry, R., & W. Green, D. (1992). Manual del Ing. quimico. Mexico: McGraw-Hill. P. Levitt, B. (1979). Findlay´s Practical Phisical Chemistry. London: Longman Group Limited. Viswanath, Ghosh, H., D., V.K., N., & Y., K. (2007). (2016) . Para que sirve. Para que sirve un Picnómetro.https://www.paraquesirve.com/para-que-sirve-un-picnometro/ (2019).Wikipedia.DensidadRelativa.https://es.wikipedia.org/wiki/Densidad_relativa

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