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• Steef Mayckol Mauricio Diaz

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

“Densidad de liquidos” GRUPO N° 10

INTEGRANTES:

Chahuayla Llalle Mijael Mauricio Diaz Steef Tineo Santisteban Cesar Augusto

DOCENTES:

Dra. Jessica NIETO JUAREZ Ing. Janet ROJAS OROSCO

LIMA – PERÚ 2019

Laboratorio N° 5: Densidad de líquidos

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INDICE

1. OBJETIVOS…………………………………………………………………………. 2. FUNDAMENTO TEORICO………………………………………………………… 3. DATOS 3.1. DATOS TEORICOS……………………………………………….. 3.2. DATOS EXPERIMENTALES………………………………………………… 4. TRATAMIENTO DE DATOS………………………………………………………. 5. DISCUSION DE RESULTADOS………………………………………………….. 6. CONCLUSIONES…………………………………………………………………... 7. BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………..

Laboratorio N° 5: Densidad de líquidos

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DENSIDAD DE LIQUIDOS 1) OBJETIVOS: 1. Adquirir la destreza en la medición de la densidad de líquidos usando el picnómetro y la balanza Westphal. 2. Discutir la densidad del líquido utilizando 2 métodos diferentes. 3. Adiestramiento en el uso de tablas y manualidades en aplicaciones prácticas de la determinación de densidades de líquidos. 2) FUNDAMENTO TEÓRICO: Decimos que la densidad es una medida de qué tan compacta es la materia de una sustancia: cuanto más alta es la densidad, más materia o masa hay en un volumen dado. La densidad o peso específico, cuantifica la cantidad de masa por unidad de volumen es una propiedad intensiva de la materia a una temperatura dada: ρ= m/V La densidad relativa es la relación entre el peso de un volumen determinado de la sustancia y el peso de otro volumen igual a la misma temperatura (dt°t°). d = ρ/ ρ’ Las densidades de los líquidos se miden, por regla general, pesando un volumen determinado de líquido en un frasco de densidades o picnómetro, o bien determinando el empuje que ejerce sobre un objeto por el principio de Arquímedes. 2.1. Picnómetro: 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 de tal manera que un volumen puede obtenerse con gran precisión. Se utiliza para determinar las densidades de distintas sustancias. Esto permite medir la densidad de un fluido, en referencia a la de un fluido de densidad conocida como el agua o el mercurio.

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FIGURA N°1: Tipos de picnómetros.

2.2. Balanza Westphal: Esta balanza es considerada como hidrostática, su funcionamiento se basa en el principio de Arquímedes, determina con gran precisión y rapidez la densidad relativa de líquidos Consta de un armazón o montura ajustable en altura sobre el que se apoya una varilla segmentada en dos brazos. El brazo más corto termina en una pesa compacta fija, provista de una aguja que debe enfrentarse con otra aguja fijada al armazón para obtener el equilibrio. Del extremo del brazo largo pende, mediante un hilo delgado y ligero, un inmersor de vidrio que suele llevar incorporado un termómetro para medir la temperatura del líquido cuya densidad se desea medir. En el brazo largo hay marcadas diez muescas, numeradas del 1 al 10. La balanza dispone de un juego de cinco jinetillos: dos grandes que tienen el mismo peso, y otros tres más pequeños, cuyos pesos son la décima, la centésima y la milésima de aquellos, respectivamente.

FIGURA. N°2: Balanza Westphal en el laboratorio

3) DATOS TEORICO/ EXPERIMENTAL: 3.1. Datos teóricos:  Densidad del agua a las temperaturas de equilibrio. Temperatura (°C) 30 40 50

Densidad (g/cm3) 0,9957 0,9923 0,9980

TABLA N°1. Densidades teóricas del agua



Densidad del etanol a temperaturas de equilibro Temperatura (°C) 22 23

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Densidad (g/cm3) 0.78763 0.78691

4

TABLA N°2. Densidades teóricas del etanol.

4. Tratamiento de datos: Parte experimental Datos experimentales Tabla I Datos obtenidos a partir del método del picnómetro. Fuente: propia

Masa del picnómetro seco(g)

16.91

Vol. encerrado por el picnómetro (ml)

25

Tabla II Datos obtenidos a partir del método del picnómetro para determinar la densidad del agua a diferentes temperaturas. Fuente: propia

Temperatura (°C)

Masa del picnómetro más agua(g)

30

42.02

40

42.00

50

41.95

1. Método del picnómetro  Determinando el volumen exacto del picnómetro. Tenemos: 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑚𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 ∗ ρ𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = ρ𝑎𝑔𝑢𝑎 Calcular el volumen del picnómetro a 30°C  Primero hay que calcular la masa del agua: 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑚𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 42.02 g − 16.91 g = 25.11 g

Teóricamente tenemos: ρ𝑎𝑔𝑢𝑎 a 30°C es 0.9981 g/ml

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𝑉𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 =

25.11g = 25.219ml 0.99567g ml

Hallando el % de error: Utilizamos la siguiente ecuación: Δ% = Δ% =

𝑉𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 −𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

∗ 100%

(25.219 − 25)𝑔 ∗ 100% = 0.876% 25𝑔

Calcular el volumen del picnómetro a 40°C  Primero hay que calcular la masa del agua: 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑚𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 42.00 g − 16.91 g = 25.09 g

Teóricamente tenemos: ρ𝑎𝑔𝑢𝑎 a 40°C es 0.99224 g/ml 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 =

25.09g = 25.286 ml 0.99224g ml

Hallando el % de error: Utilizamos la siguiente ecuación: Δ% = Δ% =

𝑉𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 −𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

∗ 100%

(25.286 − 25)𝑔 ∗ 100% = 1.144% 25𝑔

Calcular el volumen del picnómetro a 50°C  Primero hay que calcular la masa del agua: 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 𝑚𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝑚𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 = 41.95 g − 16.91 g = 25.04 g

Teóricamente tenemos: ρ𝑎𝑔𝑢𝑎 a 50°C es 0.98807 g/ml 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 =

25.04g = 25.342ml 0.98807g ml

Hallando el % de error: Utilizamos la siguiente ecuación: Δ% =

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𝑉𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 −𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑉𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

∗ 100%

6

Δ% =

(25.342 − 25)𝑔 ∗ 100% = 1.368% 25𝑔

Utilizando estos valores calculamos en valor del volumen del picnómetro: 𝑉𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 =

25.219 + 25.286 + 25.342 = 25.282𝑚𝑙 3

Hallamos la densidad del etanol (96%) a través del método del picnómetro: ρ𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 =

𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 20.13𝑔 𝑔 = = 0.7962 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑖𝑐𝑛𝑜𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 25.282𝑚𝑙 𝑚𝑙

 Calcule las densidades absolutas de los líquidos problemas empleados.  Primero hallamos la masa de líquido que se adicionó al picnómetro. 𝑚𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 = 𝑚𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜+𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 − 𝑚𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 

Luego procedemos a hallar la densidad absoluta usando la siguiente fórmula: 𝜌𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 =





𝑚𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜

𝑉𝑒𝑛𝑐. 𝑝𝑖𝑐𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 Procedemos a calcular el porcentaje de desviación de la siguiente manera: |𝜌𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟. − 𝜌𝑡𝑒ó𝑟. | %𝐷𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = × 100% 𝜌𝑡𝑒ó𝑟. De esta manera completamos la siguiente tabla con los valores calculados tanto para el agua como para el etanol:

Tabla III Resultados obtenidos respecto a la densidad del etanol. Fuente: propia

Temperatura (°C) 23

Masa del picnómetro más etanol(g)

Densidad

Densidad teórica

(g/ml)

(g/ml)

37.04

0.7962

0.78775

Desviación (%) 1.072675

Tabla IV Resultados obtenidos respecto a la densidad del agua. Fuente: propia

Masa del Temperatura (°C) picnómetro más agua(g) 30

42.02

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Densidad (g/ml)

Densidad teórica (g/ml)

Desviación (%)

0.9931

0.99567

0.2581176

7



40

42.00

0.9924

0.99224

0.0161251

50

41.95

0.9904

0.98807

0.2358132

Grafique densidad (g/cm3) vs temperatura (°C) usando sus datos y los de tablas para el agua. Determine el % de error para cada una de las mediciones.  Primero graficamos usando los datos teóricos 0.997

Densidad teórica (g/mL)

0.996 0.995 0.994 0.993 0.992 0.991 0.99 0.989

0.988 0.987 0

10

20

30

40

50

60

Temperatura (°C) Figura N° 1 Gráfica de la densidad teórica (g/ml) Vs temperatura (°C). Fuente: propia

 Luego graficamos usando los valores hallados experimentalmente:

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Densidad teórica (g/mL)

0.9935 0.993 0.9925 0.992 0.9915 0.991 0.9905 0.99 0

10

20

30

40

50

60

Temperatura (°C) Figura N° 2 Gráfica de la densidad experimental (g/ml) Vs temperatura (°C). Fuente: propia

 Finalmente hallamos el porcentaje de desviación a cada temperatura que nos permite explicar ciertos sectores de la gráfica que se desvían más que otros: Tabla V Desviaciones obtenidas a cada temperatura. Fuente: propia

Temperatura (°C)

Desviación

30

0.2581176

40

0.0161251

50

0.2358132

2. Método de la balanza de Westphal. Los datos obtenidos en el laboratorio, fueron:



Datos de los jinetillos:

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FIGURA N° 3: Asignamos un número a cada jinetillo, para comodidad en los cálculos. Cabe resaltar que dichas masas son referenciales, las reales no necesariamente coinciden (Explicado por la profesora).



Posiciones a ubicar los jinetillos:

FIGURA N°4: Vista de perfil de la parte superior de la balanza utilizada en el laboratorio, asignando un número a cada ranura en donde se colocarán los jinetillos.



Datos de la posiciones para cada líquido (Agua y etanol), a la temperatura de 23,5°C (Temperatura del laboratorio)

POSICIÓN JINETILLO 1 JINETILLO 2 JINETILLO 3 JINETILLO 4

AGUA 9 9 8 2

ETANOL 8 5 9 7

TABLA N° 6: Tabla de posiciones de los jinetillos, los datos indican el N° de ranura en la que se colocó cada jinetillo.

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 Luego procedemos a calcular el porcentaje de desviación usando la siguiente ecuación: %𝐷𝑒𝑠𝑣𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =

|𝜌𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟. − 𝜌𝑡𝑒ó𝑟. | × 100% 𝜌𝑡𝑒ó𝑟.

 Finalmente completamos los valores hallados en la siguiente tabla: Tabla VI- Resultados obtenidos a partir del método de Westphal. Fuente: propia



Temperatura(°C)

Líquido

Densidad experimental (g/cm3)

Densidad teórica (g/cm3)

Desviación (%)

20.5

Agua destilada

0.9982

0.998120

0.0080151

20

Etanol

0.8597

0.787934

9.108123

Resultados:

Con esos datos, podemos obtener las densidades para cada líquido a 20 °C (20,5°) Sabiendo que la fuerza ejercida por el lado izquierdo es contante y que el torque total ejercido por los jinetillos, respecto al eje de giro, es igual al valor del empuje que ejerce el líquido sobre el inmersor de vidrio. Obtenemos que el valor de la densidad del líquido es igual a la suma de los productos de la masa de cada jinetillo por el número de su respectiva posición en la ranura.

5) DISCUSION DE RESULTADOS: -

 





La densidad obtenida, para el agua y el alcohol, supera al valor teórico. Además de tener un %error poco elevado (menor a 10%). El %error de densidad medidos en la balanza de Westphal se debe a diversos factores: Un ligero error en la calibración de la balanza El empuje del aire: Este puede despreciarse, pero para ser más precisos debe tenerse en cuenta. Profundidad de inmersión del inmersor: el hilo del que está suspendido el inmersor experimenta un empuje que depende de la porción de él que se sumerja. Para minimizar el error introducido por este motivo, el inmersor debe suspenderse del estribo de igual forma en las dos operaciones de pesadas necesarias para la determinación de la densidad de un sólido. Tensión superficial del líquido: los fenómenos de tensión superficial también pueden afectar las medidas realizadas durante la práctica. Para minimizar su

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influencia, se sumergirá el inmersor de vidrio de igual forma en las dos operaciones de pesada.  Burbujas de aire: la adherencia de burbujas de aire al inmersor influye sobre el resultado, produciendo un empuje adicional, por lo que debe evitarse la presencia de las burbujas. Para ello se sacudirá ligeramente el inmersor en la primera inmersión en el líquido, antes de suspenderlo del estribo, para desprender las posibles burbujas de aire adheridas.

6) CONCLUSIONES:

-

La disminución de la masa en el picnómetro se debe a que al aumentar la temperatura una pequeña parte del agua se evapora.

-

Se observa que a medida que aumenta la temperatura el porcentaje de error aumenta

-

El método del picnómetro presenta mayor precisión.

La elevación del inmersor es debida al empuje que realiza el líquido, disminuyendo así su peso aparente

10) BIBLIOGRAFÍA: 1. Alexander Findlay, Bryan Philip Levit, Química física, Novena edición, Editorial Reverté, España 1979, Pág.81. 2. Laura Lacreu, Pedro Aramandía, quinta edición, Fundamentos de Química, Editorial Colihue, Argentina1996, Pág. 146. Hemeroteca virtual: 1. http://fisica.laguia2000.com/conceptos-basicos/la-balanza-de-mohr-westphal 2. http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:TDZCX4NOKIJ:https://es.scribd.com/doc/81249879/27/DENSIDAD-DEL-ETANOL-gr-mL-ADIFERENTES-TEMPERATURAS+&cd=1&hl=es-419&ct=clnk&gl=pe 3. http://www.academia.edu/5075786/Densidad_del_agua_l%C3%ADquida_entre_0_C_ y_100_C

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