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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBE FACULTAD DE INGENIERÍA ÁREA DE QUÍMICA Y LABORATORIO DE QUÍMICA BARRANQUILLA-COLOMBIA

EXPEMIENCIA VIRTUAL: RELACIÓN MASA/VOLUMEN ANDREA ISABEL HENRÍQUEZ NAVARRO Septiembre 18 de 2020

1. OBJETIVO GENERAL Establecer la relación entre la masa y el volumen con ayuda del simulador “Laboratorio virtual” OBJETIVOS ESPECÍFICOS • •

Determinar la densidad de diferentes materiales Comprobar que la densidad es una propiedad específica

2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL Para la realizar de esta experiencia en modo virtual se ingresó al laboratorio virtual por medio del link https://labovirtual.blogspot.com/2015/06/densidad.html, el cual dirige al portal web para el desarrollo de esta experiencia virtual. En la interfaz se muestra el marco teórico correspondiente al tema de densidad. Así mismo modela diferentes materiales en formas de cilindros, en el simulador se fija una variable y se observa el resultado de la otra en los cubos debajo de los cilindros. Primeramente, se fijó una masa (g) para cada uno de los materiales y se tomó nota de volumen (mL) correspondiente para cada material y se registró en la tabla 1. Este procedimiento se realizo para la toma de 4 muestras de masa, como se muestra en la ilustración 1; las masas escogidas fueron 30g, 60g, 90g y 120g.

m=30g

m=60g

m=90g

m=120g

Ilustración 1. Esquema masa fija para cada material

Para cada muestra de cada material se calculó su respectiva densidad, con la relación de su masa y volumen. El resultado se registró en la tabla 1. Posteriormente, se fijó un mismo volumen (mL) para cada uno de lo materiales y se tomó el valor de la masa (g) correspondiente a cada uno y se registró en la tabla 2. Este procedimiento

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se realizó para la toma de 6 muestras de volumen como se muestra en la ilustración 2; los volúmenes escogidos fueron 20mL, 40mL, 60mL, 80mL, 100mL y 120mL.

V=20mL

V=40mL

V=60mL

V=80mL

V=100mL

V=120mL

Para cada muestra de cada material se calculó su respectiva densidad, con la relación de su masa y volumen. El resultado se registró en la tabla 2.

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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN A continuación, se presentan lo valores de volúmenes correspondientes a cada masa para cada material, junto con el cálculo de la relación masa/volumen para cada muestra. El calculo de la densidad se realizó dividiendo el valor de masa sobre el valor del volumen: 𝜌= Material Madera

Oro

Aluminio

Cobre

Piedra Pómez

Granito

P.V.C.

𝑚 30𝑔 = = 0.6993𝑔/𝑚𝐿 𝑉 42.9𝑚𝐿

Masa (g) 30 60 90 120 30 60 90 120 30 60 90 120 30 60 90 120 30 60 90 120 30 60 90 120 30 60 90 120

Volumen (mL) 42,9 85,7 128,6 171,4 1,6 3,1 4,7 6,2 11,1 22,2 33,3 44,4 3,3 6,7 10,0 13,4 37,5 75,0 112,5 150,0 11,3 22,6 34,0 45,3 21,4 42,9 64,3 85,7

Densidad (g/mL) 0,6993 0,7001 0,6998 0,7001 18,7500 19,3548 19,1489 19,3548 2,7027 2,7027 2,7027 2,7027 9,0909 8,9552 9,0000 8,9552 0,8000 0,8000 0,8000 0,8000 2,6549 2,6549 2,6471 2,6490 1,4019 1,3986 1,3997 1,4002

Tabla 1. Masa, volumen y densidad para cada material, variación de la Masa.

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A continuación, se presentan lo valores de masa correspondientes a cada volumen para cada material, junto con el cálculo de la relación masa/volumen para cada muestra. El cálculo de la densidad se realizó dividiendo el valor de masa sobre el valor del volumen: 𝜌= Material

Madera

Oro

Aluminio

Cobre

Piedra Pómez

Granito

14𝑔 𝑚 = = 0.7000𝑔/𝑚𝐿 𝑉 20𝑚𝐿

Volumen (mL) 20 40 60 80 100 120 20 40 60 80 100 120 20 40 60 80 100 120 20 40 60 80 100 120 20 40 60 80 100 120 20 40

Masa (g) 14 28 42 56 70 84 386 772 1158 1544 1930 2316 54 108 162 216 270 324 179,2 35804 537,6 716,8 896 1075,2 16 32 48 64 80 96 53 106

Densidad (g/mL) 0,7000 0,7000 0,7000 0,7000 0,7000 0,7000 19,3000 19,3000 19,3000 19,3000 19,3000 19,3000 2,7000 2,7000 2,7000 2,7000 2,7000 2,7000 8,9600 895,1000 8,9600 8,9600 8,9600 8,9600 0,8000 0,8000 0,8000 0,8000 0,8000 0,8000 2,6500 2,6500

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60 80 100 120 20 40 60 80 100 120

P.V.C.

2,6500 2,6500 2,6500 2,6500 1,4000 1,4000 1,4000 1,4000 1,4000 1,4000

159 212 265 318 28 56 84 112 140 168

Tabla 2. Tabla 1. Masa, volumen y densidad para cada material, variación del volumen. GRAFICAS Para la elaboración se las graficas se tomaron lo datos de la tabla 2, graficando Volumen en el eje X y la masa en el eje Y para cada uno de los materiales:

Relación m/V Oro

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

2500

84,0 m = 0,7V

70,0 56,0 42,0 28,0

50

2316 1930 1544

1500 1158

1000 772 500

14,0 0

m = 19,3V R² = 1

2000

Masa (g)

Masa (g)

Relación m/V Madera

100

Volumen (mL) Gráfica 1. Relación masa/volumen para la madera a partir de los datos obtenidos en el laboratorio virtual.

15

386

0 0

50

100

150

Volumen (mL) Gráfica 2. Relación masa/volumen para el oro a partir de los datos obtenidos en el laboratorio virtual.

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Relación m/V Aluminio

Relación m/V para la piedra pómez

350 324

m = 2,7V R² = 1

300 250 200

162

150 108

100 54

50

m = 0,8V R² = 1

100

216

Masa (g)

Masa (g)

120

270

80

64

60 48

40

32

20

16

0

0 0

50

100

0

150

50

Volumen (mL)

100

150

Volumen (mL)

Gráfica 3. Relación masa/volumen para el Aluminio a partir de los datos obtenidos en el laboratorio virtual.

Gráfica 5. Relación masa/volumen para la piedra pómez a partir de los datos obtenidos en el laboratorio virtual.

Relación m/V para el Cobre

Relación m/V para el granito

1200

350

m = 8,96V 1000 R² = 1

1075,2 896

800 537,6 358,4

200

265 212

200 159

150 106

100 50

179,2

318

m = 2,65V R² = 1

250

716,8 600 400

300

Masa (g)

Masa (g)

96 80

53

0

0 0

50

100

150

Volumen (mL)

Gráfica 4. Relación masa/volumen para el cobre a partir de los datos obtenidos en el laboratorio virtual.

0

50

100

150

Volumen (mL)

Gráfica 6. Relación masa/volumen para el granito a partir de los datos obtenidos en el laboratorio virtual.

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Relación m/V para P.V.C. 180 168

160

m = 1,4V R² = 1

140

140

Masa (g)

120

112

100

84

80 60

56

40 28

20 0 0

20

40

60

80

100

120

140

Volumen (mL)

Gráfica 7. Relación masa/volumen para el P.V.C. a partir de los datos obtenidos en el laboratorio virtual.

A partir de cada grafica se puede obtener la ecuación correspondiente a una línea recta de la forma Y=mX+b donde m es la pendiente de la recta, con la ayuda del software Excel se puede obtener la ecuación correspondiente para cada grafico con la ayuda de línea de tendencia de gráfico. Las ecuaciones para cada grafica se ubican en la Tabla 3. Material Ecuación Pendiente m = 0,7V 7,7 Madera Oro m = 19,3V 19,3 Aluminio m = 2,7V 2,7 m = 8,96V 8,96 Cobre Piedra pómez m = 0,8V 0,8 Granito m = 2,65V 2,65 m = 1,4V 1,4 P.V.C. Tabla 3. Ecuaciones obtenidas a partir de las gráficas de la relación masa/volumen para cada material. Extrayendo las pendientes de cada ecuación para cada material corresponden a la densidad de cada uno de ellos y esto es porque como el comportamiento del grafico es forma lineal de la forma 𝑌 = 𝑚𝑋 + 𝑏 es asociada a la ecuación de densidad: 𝜌 = 𝑚 ⁄𝑉 linealizada de la siguiente forma: 𝑚 = 𝜌𝑉 donde 𝜌 es la pendiente de la ecuación. Es por eso que la pendiente de la ecuación lineal de la relación masa/volumen corresponde la densidad del material.

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Para la comparación teórica de las densidades para cada uno de los materiales partir de los datos obtenido a partir del laboratorio virtual registrados en la tabla 1, promediando lo valores de las densidades de cada una de las muestras. El valor promedio se muestra en la tabla 4. Material

Densidad g/mL

Densidad Teórica g/mL

Error relativo

0,9 22,24% 0,6998 Madera 19,32 19,1522 0,87% Oro 2,7027 2,70 0,10% Aluminio 9,0003 8,96 0,45% Cobre 0,9 0,8000 11,11% Piedra pómez 2,80 2,6514 5,31% Granito 1,4001 0,89 57,31% P.V.C. Tabla 4. Densidad experimental, densidad teórica y error relativo para cada material.

Los valore teóricos fueron sustraídos de la literatura citada en las referencias bibliográficas y a partir de esto se procedió a calcular el error relativo para así tener un porcentaje de error absoluto para cada una de las densidades experimentales de cada material de la siguiente manera: 𝐸𝑟 = |

𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 0,9 − 0,6998 | ∗ 100% = 22,24% | ∗ 100% → | 0,9 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙

4. CONCLUSIONES Primeramente, se puede concluir que la densidad es una característica de cada sustancia y esto se puede evidenciar en la tabla 1. Donde cada valor para cada sustancia o material es un propio. Asimismo, se logró probar que la pendiente correspondiente a la ecuación línea recta de la relación de la masa/volumen corresponde a la densidad del material. Por último, se pudo demostrar que la densidad es una propiedad intensiva de cada material y que esta no depende de la cantidad masa y volumen de un cuerpo como se puede ver en la tabla 1 y 2 donde media que se varia la masa o el volumen la densidad permanece constante 5. REFERENCIAS Chang, R. (2006). Principios esenciales de química general, Raymond Chang. Mc-Graw Hill. Madrid. ES. Petrucci, R. H., Harwood, W. S., Herring, F. G., Perry, S. S., García-Pumarino, C. P., Cabo, N. I., & Renuncio, J. A. R. (1977). Química general. Fondo Educativo Interamericano. Masterton, W. L., Slowinski, E. J., Stanitski, C. L., Peña, M. D., Renuncio, J. A. R., & Checa, J. R. (1968). Química general superior (No. 540 M38Y). Interamericana....