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• Juan Jesus Martinez Sánchez

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TABLA DE DATOS

I) Resumen…………………………………………………………….……………….2 II) Introducción…………………………………………………………………………3 III) Principios teóricos…………………………………………………………….…4-6 IV) Detalles experimentales……………………………………………………….….7 V) Tabulación de datos y resultados experimentales…………………………...8,9 VI) Ejemplo de cálculos…………………………………………….............…..10-13 VII) Análisis y discusión de resultados……………………………………..…..14,15 VIII) Conclusiones y recomendaciones………………………………………..…..16 IX) Bibliografía……………………………………………………………………..…17 X) Apéndice……………………………………………………………………….18-21

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II) Introducción Las experiencias de medición de la densidad de sólidos y líquidos a diferentes temperaturas se basan en la ley de la conservación de la materia y la energía cinética asociada a un estado termodinámico, que ocasiona distintos grados de interacción molecular. La mayor o menor densidad demuestra cuán cercanas se hallan las moléculas en aquellos estados. En la primera experiencia se comprobará la relación entre la gravedad específica y la densidad de un líquido a distintas temperaturas. Se utilizará un picnómetro para determinar la gravedad específica del alcohol isopropílico y, con este dato, se conseguirá su densidad. En la segunda experiencia, se emplea el picnómetro para encontrar la gravedad específica del carbonato de calcio e, igualmente, calcular su densidad. El cociente de la gravedad específica varía respecto del utilizado en el caso de los líquidos.

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III) Principios teóricos Densidad La densidad es una propiedad intensiva de la materia que se define como la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. Las unidades de la densidad son kilogramos por metro cúbico (kg/m 3), en el Sistema Internacional y libras por pie cúbico (lb/ft 3), en el sistema inglés. Se indica la temperatura ambiental en que se realizó la medición. La densidad se representa con la letra ρ, la masa con m y el volumen con V: ρT (° C)=M /V Las densidades de los líquidos y sólidos no cambian significativamente con la presión en condiciones ordinarias, pero sí cambian con la temperatura. En general, la densidad (y, por tanto, el peso específico y la gravedad específica) disminuye con el aumento de la temperatura.

Densidad del agua en función del a temperatura

Peso especifico Es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia. Las unidades del peso específico son los newtons sobre metro cúbico (N/m 3), en el SI y poundal sobre pie cúbico (pdl/ft3), en el sistema inglés. Se denota el peso específico con la letra γ, y el peso con W, entonces: γ =W /V

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Volumen específico El volumen específico se define como la relación entre el volumen de un sistema y su masa. Dado que la densidad se define como la relación de la masa sobre su volumen, ella será el inverso del volumen específico. La unidad del volumen específico en el sistema internacional es m3/kg y ft3/lb, en el sistema inglés.

Diagrama T(°C) vs V (ml)

Gravedad específica (Ge) La gravedad específica es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad del agua. gravedad especifica=

densidad de sustancia densidad del agua

La gravedad específica es adimensional y numéricamente coincide con la densidad. Se encuentra definida como el peso unitario del material dividido entre el peso del agua destilada a 4°C. Otra forma de calcular la gravedad especifica es utilizando cualquier relación de peso de la sustancia con el peso del agua siempre y cuando se consideren volúmenes iguales.

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gravedad especifica=

masa de sustancia masa del agua

Relación entre la densidad, el peso específico y la gravedad específica Es muy frecuente que el peso específico de una sustancia deba encontrarse cuando se conoce su densidad, y viceversa. La conversión de uno a otra se lleva a cabo por la ecuación: γ =ρg Donde g es la aceleración de la gravedad. Esta ecuación se justifica al tomar en cuenta las definiciones de la densidad y la gravedad específica, y por medio de la ecuación que relaciona la masa con el peso w = mg. Según la definición de gravedad específica como un cociente entre las densidades de una sustancia y del agua (determinada a diferentes temperaturas en tablas de propiedades físicas), se establece:

ρTa (° C) ×≥¿TT (°(° C) C) T (° C) ρ s =¿ Donde T (° C)

ρa

ρTs (° C)

es la densidad de la sustancia a determinada temperatura,

es la densidad del agua a dicha temperatura y

específica hallada experimentalmente.

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¿TT (°(° C) C)

es la gravedad

IV) Detalles experimentales

Materiales: 

Aparatos.- Picnómetro, estufa, cocina, termómetro

COCINA

PICNÓMETRO

TTERMÓMETROME TRO 

ESTUFA

Reactivos: Agua destilada, alcohol isopropílico, carbonato de calcio.

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Temperatura (°C) 35°C

W2 (g)

W3 (g)

W4 (g)

27,5652

________

________

30°C

________

27,5738

________

25°C

________

________

27,5744

Tabulación de datos -Determinación de la densidad del agua destilada

Temperatura (°C) 35°C

Picnómetro seco W1 =17,2743 g W2 (g) W3 (g)

W4 (g)

25,3165

________

________

30°C

________

25,3136

________

25°C

________

________

25,3142

W1: Peso del picnómetro W2: Peso del picnómetro + agua destilada. Temperatura: 35°C W3: Peso del picnómetro+ agua destilada. Temperatura: 30°C W4: Peso del picnómetro + agua destilada. Temperatura: 25°C

-Determinación de la densidad del alcohol isopropílico Picnómetro seco W1 =17,2742 g

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V)

W1:

Peso

del

picnómetro

W2: Peso del alcohol Temperatura:

A

17,2745

M

17,3188

S

27,6020

P

27,5763

W3: Peso del alcohol Temperatura:

W4: Peso del alcohol isopropílico. Temperatura: 25°C

Se usó carbonato de calcio (CaCO3)

A: Peso del picnómetro M: Peso del picnómetro + carbonato de calcio S: Peso del picnómetro + carbonato de calcio + agua destilada P: Peso del picnómetro+ agua destilada

Datos teóricos -Densidades del agua a distintas temperaturas en g/ml 25 ° C

0,997044

ρH O 2

°C ρ30 H O 2

0,995646

35 ° C H2 O

0,994080 9

+

picnómetro+ isopropílico. 30°C picnómetro

-Determinación de la densidad de solidos

ρ

picnómetro isopropílico. 35°C

+

-Densidades del alcohol isopropílico a distintas temperaturas en g/ml 0,790

°C ρ25 C H OH 3

-Densidad carbonato (CaCO3)

7

°C ρ30 C H OH 3

7

0,784

°C ρ35 C H OH 3

7

0,786

2,715

 CaCO3

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del de calcio en g/ml

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VII) Análisis y discusión de resultados: A) Densidad de líquidos La gráfica muestra la relación inversamente proporcional entre la densidad y la temperatura en el C3H7OH en su valor experimental y teórico. La curva del valor teórico tiene una pendiente negativa aproximadamente constante, de acuerdo con la relación matemática:

β=

∆V V ∆ T . El ajuste de la

curva del valor teórico depende de la constancia de β para una sustancia, propiedad que se asume para ciertos rangos de variación térmica (±15 °C) y, aun así, debe corregirse continuamente con valores de laboratorio conforme la variación de temperatura aumenta para obtener la máxima precisión. Por otro lado, la curva del valor experimental, para los 25 °C ,30 °C y 35°C, presenta variaciones positivas y negativas, respectivamente, en la densidad. La pendiente de esta curva depende de los volúmenes pesados de C3H7OH y de la exactitud de la temperatura (tomada con termómetro digital). Por tanto, los errores aparecen cuando la masa no se mide con exactitud. Una sustancia volátil como el C3H7OH pierde masa continuamente en contacto con el aire.

|0,790−0,778268 |x 100 =1.485 0,790

error ( 25 ° C )=

|0,784−0,777163 |x 100 =0,872 0,784

error ( 30 ° C )=

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|0,786−0,776869 |x 100 =1.162 0,786

error ( 35 ° C )=

B) Densidad de sólidos La densidad del CaCO3 se obtuvo a 25 °C y pudo compararse directamente con el valor de las tablas.

|2,715−2,37468 |x 100 =12.53 2,715

error =

Dado que el valor de la densidad depende de la exactitud de la medida de la masa y del volumen, y el volumen del picnómetro es constante, el error puede atribuirse a la medición de la masa. La solubilidad del CaCO 3 es de 0,0013 g/mL a 25 °C; por consiguiente, parte de la sal disuelta en el agua pudo modificar las mediciones. Asimismo, la sal pudo contener impurezas de otras partículas.

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IX) BIBLIOGRAFÍA: 



WHITTEN, Kennet et al. “Química General “Tercera edición. o McGraw-Hill Interamericana de México, S.A.México, 1992.Pág. 23-24, 270 SEARS, Francis et al. “Física Universitaria”. Sexta edición o Addison-Wesley Iberoamericana, S.A. EE.UU. 1988Pág. 287 -



288, 294 - 295 CASTELLAN, Gilbert. “Fisicoquímica"



CHANG RAYMOND. “Fisicoquímica" Ediciones Continental.



DANIELS & ALBERTY. "Fisicoquímica" Ediciones CECSA, 1986.



LEVINE, Ira. "Fisicoquímica 1 - 2" Ediciones Mc Graw Hill, 1996.



MARON & LANDO "Fisicoquímica Fundamental" Ediciones Limusa, 1980.

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X) Apéndice Cuestionario 1. Mencione las diferencias entre densidad absoluta y relativa. La densidad absoluta es el cociente entre la masa y cierta unidad de volumen de una sustancia, expresado en g/cm3, kg/m3, etc. Esta propiedad intensiva depende de la temperatura y la presión. En cambio, la densidad relativa es la razón entre las densidades absolutas de dos sustancias, una de las cuales es la densidad de referencia; i.e., la densidad relativa es adimensional. Para líquidos y sólidos, la densidad del agua a determinada temperatura suele tomarse como referencia. 2. Escribir la relación matemática entre grados API y los grados Baumé (°Be) con la gravedad específica (Ge) Los grados API se toman con una temperatura de referencia de 60°F. grados API =

141,5 −131,5 Ge

Los grados Baumé se toman con una temperatura de referencia de 60 °F. grados Baumé =145−

145 Ge

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Para líquidos más ligeros que el agua: grados Baumé =

140 −130 Ge

3. Si mezclamos a 20 °C agua con etanol (densidad relativa 0,80) resulta una solución al 40 % en masa en alcohol. Calcule la densidad de la mezcla en el SI. La densidad del agua a 20 °C es 0,998203 g/cm 3. La densidad del etanol a 4 °C es 0,800 g/cm3 y su coeficiente de dilatación cúbica es 0,000112 °C -1. Entonces, se calcula la densidad del etanol a 20 °C. Para ello: °C ρ20 C H OH = 2

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0,800 g /c m3 =0,798569 g/c m3 .1 1−0,000112 ° C ( 4 ° C−20 ° C )

Luego, se suponen 100 g de mezcla, en los que 60 g son agua (M 1) y 40 g son alcohol (M2). 60 g de agua ocupan 60,108014 cm 3 (V1) y 40 g de alcohol ocupan 50,089598 cm3 (V2), de modo que la solución con masa 100 g (M 1 + M2) ocupa un volumen de 110,197612 cm 3 (V1 + V2). Realizando la división de (M1 + M2) entre (V1 + V2) para toda la solución, se obtiene una densidad de 907,461 kg/m3 en SI. IMAGENES

Estufa

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Picnómetros

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