Informe 3 Fisicoquimica - Densidad de Solidos y Liquidos

“Año del diálogo y la reconciliación nacional” · ASIGNATURA: Laboratorio de FISICO QUÍMICA · PROFESOR: Eduardo H.

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“Año del diálogo y la reconciliación nacional”

·

ASIGNATURA:

Laboratorio de FISICO QUÍMICA

·

PROFESOR:

Eduardo H. Montoya Rossi.

·

GRUPO:

A

·

Horario:

·

PRÁCTICA Nº 3:

Lunes 17:00 – 20:00

Densidad de sólidos y líquidos ·

INTEGRANTES: YNGA SANDOVAL KATTERINE MORALES MANRIQUE DIEGO

·

FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA:

· FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 2018

LIMA - PERÚ

2018 - I

17160005 17160025 14 de mayo del 2018 21 de mayo del

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Laboratorio de Físico Químico Tema – Densidad

ÍNDICE I.-Resumen……………………………………………………………………….........3 II.-Introducción ................................................................................................. 4 III.-Principios teóricos ...................................................................................... 5 IV.-Detalles experimentales ............................................................................. 7 V.-Tabulacion de datos y resultados experimentales ................................. 10 VI.-Ejemplo de calculos ................................................................................. 11 VII.-Analisis y discusion de resultados ........................................................ 14 VIII.-Conclusiones .......................................................................................... 15 IX.-Recomendaciones ................................................................................... 16 X.-Referencias ................................................................................................ 17 XI.-Anexos……………………………………………………………………………18

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I.-RESUMEN

En el siguiente informe académico se hará presente de lo que se realizó en la práctica del laboratorio de fisicoquímica, perteneciente al siguiente tema: Determinación de la densidad de líquidos y sólidos por el método del picnómetro, relacionando las masas de volúmenes iguales, a las mismas condiciones (temperatura y presión), utilizando como sustancia patrón el agua. Se hallará la densidad relativa o gravedad específica del líquido orgánico (acetato de etilo) y la del sólido (carbonato de calcio). Teniendo en cuenta conceptos muy importantes como densidad absoluta, peso específico o peso específico absoluto y, densidad relativa o gravedad específica. La primera parte de la práctica consiste en determinar la densidad absoluta del líquido orgánico a partir de la gravedad específica (densidad relativa) de este mismo a una determinada temperatura, donde la gravedad específica se tendrá que obtener de los pesos W1, W2, W3 y W4 que se tienen que conocer como datos. En la segunda parte se hallará la gravedad específica del sólido (carbonato de calcio) a una determinada temperatura, pero como en los y sólidos la temperatura y la presión no afectan tanto el volumen ni la masa (para los gases estas dos variables si tienen importancia) entonces no se les medirá la temperatura. También se determinará el coeficiente de dilatación térmica cúbica de la muestra pura y que está en función de la densidad a una temperatura. Se analizará como en los líquidos la temperatura tiene cierta influencia en la densidad absoluta y relativa, pues a medida que disminuye la temperatura la densidad absoluta se hace cada vez mayor, pero la densidad relativa no varía en cantidad ya que los dos componentes de la (densidad del elemento estudiado y patrón) varían por la temperatura.

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II.-INTRODUCCIÓN

En este laboratorio vimos que la densidad de una sustancia es una propiedad física que la caracteriza y está definida como el cociente entre la masa y el volumen de la sustancia que se trate. En el caso de sustancias no homogéneas lo que obtenemos al dividir la masa y el volumen es la densidad promedio. Por otra parte, cuando se desea determinar con mayor precisión la densidad de una sustancia liquida es común utilizar un picnómetro el cual se utilizó en el laboratorio, siendo un instrumento sencillo cuya característica principal es la de mantener un volumen fijo al colocar diferentes líquidos en su interior. Dado que nos sirve para comparar las densidades de entre líquidos diferentes, basta con pesar el picnómetro con cada líquido por separado y comparando sus masas. El picnómetro es muy sensible a los cambios de concentración de sales en el agua, por lo que se usa para determinar la salinidad del agua, la densidad de líquidos biológicos en laboratorios de análisis clínicos, entre otras aplicaciones.

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III.-PRINCIPIOS TEÓRICOS

Densidad:

Es una de las propiedades de los sólidos, así como de los líquidos e incluso delos gases; es la medida del grado de compactación de un material. La densidad es una medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio determinado; es la cantidad de masa por unidad de volumen.

Densidad Absoluta:

La densidad absoluta o densidad normal, también llamada densidad real, expresa la masa por unidad de volumen. Cuando no se hace ninguna aclaración al respecto, el término suele entenderse en el sentido de densidad absoluta. La densidad es una propiedad intensiva de la materia producto de dos propiedades extensivas.

Peso específico o peso específico absoluto

La relación entre el peso de una sustancia y el peso de un volumen equivalente de agua a 4°C. Densidad Relativa o Gravedad específica:

La densidad relativa o aparente expresa la relación entre la densidad de una sustancia y la densidad del agua, resultando una magnitud adimensional. La densidad del agua tiene un valor de 1Kg/m 3 a las condiciones de 1atm y4°C equivalente a 1000Kg/m3. Aunque la unidad en el SI es Kg/m 3, también es de costumbre expresar la densidad de los líquidos en g/cm3. 𝑊 −𝑊

𝑇0 𝐺𝑒𝑇0 =𝑊4 −𝑊3 2

1

W: son los pesos que se tienen en la obtención de la densidad. T0: es la temperatura del agua y del material.

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Principio de Arquímedes

El Método del Picnómetro se basa en el principio de Arquímedes ya que de igual manera utilizan el agua como un referente para hallar la densidad de algún líquido, en este caso

pudimos hallar la densidad del acetato de etilo

gracias a este

principio. Picnómetro Aparato que se utiliza para determinar las densidades de distintas sustancias. También se conoce como frasco de densidades. Consiste en un pequeño frasco de vidrio de cuello estrecho, cerrado con un tapón esmerilado, hueco y que termina por su parte superior en un tubo capilar con graduaciones. Para llenar el picnómetro se quita el tapón esmerilado, que está hueco o perforado, se añade la muestra con una probeta pequeña y se tapa. El líquido subirá por el interior del tapón hasta el capilar. La masa del líquido se determina por diferencia entre la masa del picnómetro lleno y vacío, y la densidad del líquido será el cociente entre su masa y el volumen que ocupa.

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IV.-DETALLES EXPERIMENTALES

Materiales y equipos:

● Picnómetro. ● Baño de temperatura constante. ● Termómetro. ● Balanza electrónica. ● Cocinilla. ● Vaso de 400 ml.

Reactivos:

● Líquido orgánico (2- Propanol). ● Carbonato de calcio (CaCO3). ● Agua destilada.

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Procedimiento experimental

1. Primera parte: “Determinación de la densidad de líquidos por el método del picnómetro”.

a) Se lavó el picnómetro y los demás materiales con agua de caño, detergente y al final se enjuaga con agua destilada. b) A continuación se puso a secar los materiales en la estufa. c) Se usó la balanza electrónica para pesar el picnómetro vacío. d) Después de pesar, se colocó agua de caño en el baño termostato primero a 22 ºC aproximadamente (temperatura ambiente). Seguido se llenó el picnómetro con líquido orgánico (2-propanol) y se tapó con el cuidado de no dejar ninguna burbuja de aire adentro que pueda alterar la masa al momento de volverlo a pesar. e) Se sumergió el picnómetro en el baño a temperatura constante y se dejó aproximadamente de 5 a 10 minutos. f) Pasado ese tiempo se secó el picnómetro y se volvió a pesar en la balanza electrónica. g) Se aumentó la temperatura del baño termostato a 32 ºC y se volvió a llenar el picnómetro con el líquido orgánico, pasados los 5 minutos se volvió a pesar el picnómetro. h) Se volvió a aumentar la temperatura del baño a 42 ºC, pasados otros 5 a 10 minutos se vuelve a pesar el picnómetro. i) Se repitió el proceso pero esta vez usando agua destilada en vez del líquido orgánico a las temperaturas de 22 ºC, 36 ºC y 45 ºC. j) Se calculó el peso del picnómetro con cada temperatura pasados unos 5 a 10 min.

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2. Segunda parte: “Determinación de la densidad de sólidos por el método del picnómetro”.

a) Al igual que en la primera parte se secó el picnómetro en la estufa y se calculó la masa estando vacío.

b) A continuación se llenó el picnómetro hasta un tercio de su volumen con el sólido carbonato de calcio (CaCO3) y se pesó en la balanza electrónica.

c) Se llenó el resto del volumen con agua destilada, teniendo cuidado de que el agua llegue hasta la parte superior del capilar, pero sin exceso. Seguido se volvió a pesar el picnómetro con la solución obtenida en la balanza.

d) Terminado el procedimiento se lavaron los materiales y guardaron en el lugar indicado por el profesor.

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V.-TABULACIÓN DE DATOS Condiciones Ambientales: Presión barométrica

Temperatura

Humedad Relativa

751.4 mmHg

21.5 ºC

97 %

Datos experimentales: 𝑾𝒑𝒊𝒄𝒏ó𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 = 𝟏𝟎. 𝟓𝟔𝟓𝟓 𝒈. ● Muestra orgánica (2-Propanol): Masa (gramos)

Temperatura (ºC)

𝑊1

8.5340 g.

𝑇0 = 𝑇𝑓 =21.5 ºC

𝑊2

8.5105 g.

𝑇0 = 32 º𝐶

𝑇𝑓 = 29.5 º𝐶

𝑊3

8.4609 g.

𝑇0 = 42 º𝐶

𝑇𝑓 = 37 º𝐶

● Agua destilada: Masa (gramos)

Temperatura (ºC)

𝑊4

10.6675 g.

𝑇0 = 𝑇𝑓 =22 ºC

𝑊5

10.6371 g.

𝑇0 = 36 º𝐶

𝑇𝑓 = 30.5 º𝐶

𝑊6

10.6065 g.

𝑇0 = 45 º𝐶

𝑇𝑓 = 38 º𝐶

● Carbonato de calcio (𝐶𝑎𝐶𝑂3): Masa (gramos) 𝑊𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜

11.6572 g.

𝑊𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛

21.8979 g.

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VI.-EJEMPLOS DE CÁLCULOS a) Calcule la gravedad específica usando los datos obtenidos de la muestra 2-Propanol

-

A 21,5°C 21,5 𝐺𝑒21.5 =

-

𝑤2 − 𝑤1

19.0995 − 10.5655 =( ) = 0,8007 21.2330 − 10.5655

A 30°C 30 𝐺𝑒30 =

-

𝑤4 − 𝑤3

𝑤4 − 𝑤3 𝑤2 − 𝑤1

=(

19.0995 − 10.5655 ) = 0,8000 21.2314 − 10.5655

=(

19.0264 − 10.5655 ) = 0,7977 21.2026 − 10.5655

A 37°C 37 𝐺𝑒37 =

𝑤4 − 𝑤3 𝑤2 − 𝑤1

-

Determinación de la densidad del 2-propanol

-

A 21.5°C Usamos la formula mencionada anteriormente para calcular la densidad absoluta del acetato de etilo. 𝑻

𝑻

𝑻

𝝆𝑴𝒐 = 𝑮𝒆𝑴𝒐 × 𝝆𝑯𝒐𝟐𝑶 𝑻

𝑻

𝝆𝑴𝒐 =

𝒘𝟒 𝒐 − 𝒘𝟑 𝑻 𝒘𝟐 𝒐

− 𝒘𝟏

𝑻

× 𝝆𝑯𝒐𝟐𝑶

Dato obtenido de tablas, densidades del agua a 19,5°C y 51,5°C Reemplazando datos en la ecuación: 19,5° 𝜌𝑀 = (0,8007) × (0,99805)

19.5° 𝜌𝑀 = 0,7991 𝑔/𝑐𝑚3

Donde M es la muestra: 2-Propanol

-A 30° C 51,5° 𝜌𝑀 = (0,8000) × (0,99571)

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Laboratorio de Físico Químico Tema – Densidad 51,5° 𝜌𝑀 = 0,79 656 𝑔 /𝑐𝑚3

A 37° C

51,5° 𝜌𝑀 = (0,7977) × (0,99337) 51,5° 𝜌𝑀 = 0,79 269 𝑔 /𝑐𝑚3

Para el sólido: Se usó la siguiente fórmula para hallar la gravedad especifica (G): 𝐺=

𝑀−𝐴 𝑃+𝑀−𝐴−𝑆

Donde: A: peso del picnómetro inicialmente. M: peso del picnómetro +CaCO3 S: peso del picnómetro +agua destilada +CaCO3 P: peso del picnómetro +agua destilada. 

A=10.5655 g



M= 11.6572 g



S= 21.8979 g



P= 21.2026 g Luego reemplazando:

G= 2,7540 Finalmente hallamos la densidad experimental por la siguiente formula: 𝑻

𝑻

𝒐 𝝆𝑺ó𝒍𝒊𝒅𝒐 = 𝑮 × 𝝆𝑯𝒐𝟐𝑶

Donde T0 para el agua es temperatura ambiental del laboratorio que es 21°C ΡH2O a 21°C = 0,99808 g/cm3 (Temperatura ambiental) Finalmente Página | 12

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𝑻

𝒐 𝝆𝑺ó𝒍𝒊𝒅𝒐 = 𝟐. 𝟕𝟒𝟖𝟕 𝒈/𝒎𝑳

Hallando el error absoluto para el carbonato de calcio:

𝐸𝐴𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 = 𝐷𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎 − 𝐷𝐸𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 = 2.711 − 2.7422 = 0.011𝑔/𝑚𝑙

Hallando el erro relativo o porcentual del carbonato de calcio:

𝐸𝑅𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 =

𝐸𝐴𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 ∗ 100% 0.011 ∗ 100% = = 0.4057% 𝐷𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎 2.711

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VII.-ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS

En este trabajo se pudo utilizar el picnómetro para determinar las densidades relativas de líquidos y sólidos. Un aspecto interesante de este medio de determinación es que se usa siempre el mismo indicador (volumen) común para poder determinar la densidad relativa, que no es más que la relación existente entre la densidad de cualquier material y la densidad del patrón (sea líquido o sólido). En el laboratorio se utilizó el agua destilada como sustancia patrón para poder determinar las densidades relativas de las otras sustancias. Para ello es necesario que existan iguales condiciones de medición de la densidad relativa como la temperatura, la cual debe ser constante en toda la medición. Igualmente se llega a comparar las densidades absolutas obtenidas con las densidades reales de las mismas, obtenidas de la bibliografía, se compararon resultados y de allí se obtuvo el error absoluto y relativo (porcentual) de los mismos. El método del picnómetro tiene limitaciones para líquidos y sólidos: es necesario el uso de una sustancia patrón para la determinación de la densidad relativa de la sustancia. En el caso de los sólidos, se tiene que trabajar con sólidos relativamente pequeños, que puedan entrar por la boca del picnómetro.

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VIII.-CONCLUSIONES A partir de lo experimentado en el laboratorio y realizarse los cálculos correspondientes se concluyó:

● La densidad expresa la relación que hay entre la masa de la sustancia por su unidad de volumen.

● Las densidades están en función de la temperatura, así como también de la presión.

● Casi todas las sustancias se expanden con el calor y por lo tanto la densidad disminuirá cuando la temperatura sea mayor.

● Se pudo comprobar que realmente el método del picnómetro no es tan exacto, pero sí muy cercano ya que el margen de diferencia entre los resultados

es

relativamente

bajo.

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IX.- RECOMENDACIONES



Se debe lavar bien y luego secar en la estufa los materiales que se utilizaron, según lo cual se podrá evitar obtener malos resultados.



Se debe verificar que los líquidos utilizados en el picnómetro, estén hasta el borde del capilar y no se quede ninguna burbuja de aire al interior.



Se debe secar bien el picnómetro antes de pesarse en la balanza, ya que esto podría afectar en los resultados obtenidos.

● Se debe retirar el picnómetro de la estufa con los guantes térmicos puestos, para así evitar cualquier accidente.

● Se tratar que el sólido entre sin problemas en el picnómetro, usando papel como embudo.



Se debe trabajar con mucho cuidado al hacer uso del líquido orgánico, ya que este es tóxico, se debe guantes si es que se trabajará largo tiempo con este líquido.

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X.-REFERENCIAS

● WHITTEN, Kennet et al. “Química General “Tercera edición.

● SEARS, Francis et al. “Física Universitaria”. Sexta edición.

● 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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XI.-ANEXOS Cuestionario: 1.-Mencione tres diferencias entre densidad absoluta y relativa. ● La densidad absoluta se define en base a un componente y la densidad relativa en base a dos componentes. ● La densidad absoluta tiene unidades (), mientras la densidad relativa no tiene unidades porque es el cociente de dos cantidades físicas iguales. ● La densidad absoluta no se define en base a una sustancia patrón, mientras la densidad relativa si (la sustancia patrón es el agua a 4°C). ● La densidad absoluta varia al variar la temperatura, pero la densidad relativa no varía porque está definida por dos componentes que también van a variar.

2.-Escribir la relación matemática entre grados API, y de los grados Beaumé (°Be).con la gravedad especifica (Ge). Los grados API (American Petroleum Institute): 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. La densidad relativa del petróleo y sus derivados suele expresarse en una unidad especial llamada “Grados API”, cuya relación con

la gravedad específica es la

siguiente: 𝑮𝒓𝒂𝒅𝒐 𝑨𝑷𝑰 =

𝟏𝟒𝟏. 𝟓 − 𝟏𝟑𝟏. 𝟓 𝑮𝒆(𝒈/𝒎𝒍)

Nótese que cuanto mayor es el grado API, menor es la densidad. Los valores extremos para la escala API son 0, que corresponde a 1.076g/cm 3 y 100, que corresponde a 0.6112g/cm3. Página | 18

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Relación de Gravedad Específica y °Be. Por otro lado, sabiendo que los grados °Be 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: Para líquidos menos densos que el agua: 𝑑=

146.3 (𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑎 𝑛 = 10) 136.3 − 𝑛

Donde: d=densidad

y

n=número de Grados Beaumé

3.-Si mezclamos a 20°C agua con etanol (densidad relativa 0.80) resulta una solución al 40%w de alcohol. Calcule la densidad de la mezcla en S.I. Sol: Del dato: Entonces: Si:

𝑚𝑎𝑠𝑎 (𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙) 𝑚𝑎𝑠𝑎 (𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙) + 𝑚𝑎𝑠𝑎 (𝑎𝑔𝑢𝑎)

= 40% →

𝑚𝑎𝑠𝑎 (𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙) 𝑚𝑎𝑠𝑎 (𝑎𝑔𝑢𝑎)

40

= 60

𝐷𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎 (𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙)

𝐷𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 (𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙) =

𝐷𝑎𝑔𝑢𝑎

𝑫𝒂𝒃𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒂 (𝒆𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍) = 𝟎. 𝟖𝒈/𝒎𝒍 masa (etanol)=40s y masa (agua)=60s

Entonces el volumen: volumen (etanol)=

50s*ml/g

También el volumen: volumen (agua)=

60s*ml/g

Entonces la densidad de la mezcla es: 𝐷𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 =

100𝑠 110𝑠∗𝑚𝑙/𝑔

= 0.909𝑔/𝑚𝑙

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Tabla de densidades (25°C) Densidades de diferentes sólidos, líquidos y gases:

Tabla de densidades (25 °C)

Sólidos

g/cm3

kg/m3

Aluminio

2,7

2.700

Corcho

0,25

250

Cobre

8,96

8.960

Hielo

0,92

920

Hierro

7,9

7.900

Madera

0,2-0,8

200-800

Plomo

11,3

11.300

Vidrio

3,0-3,6

3.000-3.600

Líquidos

g/cm3

Acetona

0,79

790

Aceite

0,92

920

Agua de mar

1.025

1.025

Agua destilada

1

1.000

Alcohol etílico

0,79

790

kg/m3

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Gasolina

0,68

680

Leche

1,03

1.030

Mercurio

13,6

13.600

Gases (0 °C, 1 atm)

g/cm3

Aire

0,0013

1,3

Butano

0,0026

2,6

Dióxido de carbono

0,0018

1,8

Hidrógeno

0,0008

0,8

Oxígeno

0,0014

1,4

kg/m3

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