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UNIVERSIDAD CATOLICA BOLIVIANA “SAN PABLO” Laboratorio de QuímicoFísica – QMC 131

Facultad de Ingeniería Semestre: II-2019

LABORATORIO DE QUIMICOFISICA DETERMINACIÓN DEL DE LA DENSIDAD DE UN LÍQUIDO Nombre del Estudiante: Manuel Vicente Lopez Cuevas Nombre del Docente: Ing. Yamile Mariel Salame Villafani Horario de la materia: Jueves 18:00 – 19:30 Fecha de entrega del informe: 26/09/19

1

L

OBJETIVOS

1.1

Objetivo General 

2

Encontrar la densidad de un líquido experimental (Agua destilada, Alcohol etílico, Leche de magnesia, Vinagre, Peróxido de hidrogeno, Formol) por medio de un picnómetro.

FUNDAMENTO TEORICO

2.1

Densidad

Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de sustancias diferentes tiende a ocupar distintos volúmenes, así notamos que el hierro o el hormigón son pesados; mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plásticos son ligeros. La propiedad que nos permite determinar la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá. (Huamani, s.f) La densidad se define como la relación de la masa de un producto con su volumen. La cual está representada por la siguiente ecuación: m (1) V Donde: ρ=

ρ=¿ Densidad m=¿ Masa V =¿ Volumen

La unidad coherente del SI para la densidad es kg/m ᵌ y se debería utilizar normalmente para informar los valores de densidad de productos. Pero la más común utilizada es g/ml o g/cmᵌ (OIML, 2011) La densidad es una propiedad intensiva y no depende de la cantidad de masa presente, para un material dado la relación de masa a volumen siempre es la misma; es decir, el volumen aumenta conforme aumenta la masa. (Torrez et al, s.f)

2.2

Densidad de los líquidos

La densidad es una propiedad básica de cualquier líquido, y se define como su masa por unidad de volumen. Las unidades más comunes de la densidad son g/ml y kg/mᵌ. En el caso concreto del agua, su densidad es 1g/ml o bien 1000 kg/mᵌ.

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Existen diversos métodos de determinación de la densidad de un líquido, entre los cuales el método del picnómetro ofrece cierta sencillez. Este procedimiento permite el cálculo de la densidad de cualquier líquido a través de tres determinaciones gravimétricas (a través de la determinación de tres masas con una balanza analítica). Se trata de un método simple, pero que requiere de la comprensión de sus fundamentos. Del mismo modo, es importante tener en cuenta que, puesto que los líquidos varían su volumen con la temperatura, la densidad también sufre esta variación. (Atarés, s.f) 2.3

Fuentes de error en la densidad de líquidos

Con el término error nos referimos a la diferencia entre el valor de la densidad medida y el valor "real" de la densidad del producto. Este error no debe confundirse con la incertidumbre de la medición. En general, los errores ocurren por las siguientes causas: a) Diferencia en la temperatura si la medición de densidad se realiza a una temperatura diferente de 20 °C y no se aplica una corrección a 20°C. b) Uso de medios de medición inapropiados. c) Efecto de flotabilidad en la medición de masa. d) Muestreo inapropiado. (OIML, 2011) 2.4

Picnómetro

Los picnómetros son medidores hechos de vidrio o metal y que tienen un volumen fijo. El picnómetro se cierra por medio de un tapón o tapa en el que hay un pequeño agujero que permite eliminar el aire y el excedente de producto, de manera que la cantidad contenida en el picnómetro sea constante después de terminar la operación de llenado. La capacidad de los picnómetros varía, pero generalmente es de 50 o 100 ml. Se prefiere este último valor, o más, para lograr una mayor precisión. No se recomienda el uso de picnómetros con una capacidad menor a 25 ml debido a que la precisión disminuye. Importante: Respecto a la mayor precisión, puede que el volumen real contenido en el picnómetro sea diferente de la capacidad nominal (marcada). (OIML, 2011) 3

PROCEDIMIENTO

3.1. Materiales  1 Balanza analítica.  2 Picnómetros.  2 Pipetas de 10 [ml]  1 Piseta  2 Propipetas

3.2. Reactivos  Agua destilada (H2O)  Alcohol etílico(C2H5OH)  Leche de magnesia (Mg (OH) 2)  Vinagre (C2H4O2)  Peróxido de hidrógeno al 3% (H2O2)  Formol (CH2O) 3.3. Procedimiento

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Método del picnómetro Se utilizará un picnómetro para medir la densidad de cada líquido:  Primero se debe pesar el picnómetro vacío y anotar la masa de este.  Ya pesado y anotada su masa del picnómetro verter con ayuda de una pipeta el volumen con el líquido a evaluar, se debe tomar en cuenta que el picnómetro quede totalmente lleno, evitándola formación de burbujas en su interior (esto llenado el picnómetro hasta casi el rebalse de líquido a medir en este).  Al cerrarlo, el nivel de agua subirá por el capilar, quedando el capilar también lleno de agua. Una vez el agua haya rebalsado, habrá que secar el picnómetro por fuera antes de pesarlo. Además es recomendable verificar la existencia de alguna burbuja de aire después de cerrado el picnómetro. (Para verificar la inexistencia de burbujas se pone de cabeza el picnómetro lleno y tapado, luego se ve si existe alguna burbuja en el interior de este, en el caso de la existencia de alguna se destapa el picnómetro y se llena con más líquido a medir verificando cuanto volumen se le está añadiendo).  Pesar el picnómetro lleno del líquido y anotar su masa.  Anotar todos los datos obtenidos en la tabla 1.  Realizar 2 pruebas más, para realizar la siguiente prueba, se debe lavar adecuadamente el material.

4

DATOS

Datos Picnómetro TABLA 1. DATOS MASAS PICNÓMETROS Masa inicial del Picnómetro A [g] ( m p iA ¿ 19.05

Masa inicial del Picnómetro B [g] (m p iB) 37.64

En la tabla 1 se muestran los datos de masas iniciales de los picnómetros en [g]

Datos Picnómetro + sustancia a utilizar TABLA 2. DATOS MASA PICNÓMETRO A & B + MASA SUSTANCIA Sustancia

Agua destilada (H2O) Alcohol etílico (C2H5OH) Vinagre (C2H4O2) Peróxido de hidrogeno al 3% (H2O2)

Masa del picnómetro A + Masa de la sustancia utilizada [g] ( m pfA ¿ 44.57 39.75 44.75 44.69

Masa del picnómetro B + Masa de la sustancia utilizada [g] ( m pfB ¿ 65.44 60.28 65.8 65.58

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Formol (CH2O)

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46.74

68.12

En la tabla 2 se muestran los datos de masas de los picnómetros A&B + más las sustancias utilizadas en [g]

Datos volúmenes utilizados Se añadió esta parte debía que nos encontramos con el problema que dijo OIML en el 2011 “Respecto a la mayor precisión, puede que el volumen real contenido en el picnómetro sea diferente de la capacidad nominal (marcada)”. Ya que la capacidad marcada por ejemplo de nuestro picnómetro B decía 25 [ml] pero el volumen real era otro. TABLA 3. VOLUMEN UTILIZADO DE SUSTANCIA EN LOS PICNÓMETROS A & B Sustancia Volumen utilizado de la Volumen utilizado de la sustancia en A [ml] sustancia en B [g] (V A ) (V B ) Agua destilada (H2O) 25 27.5 Alcohol etílico (C2H5OH) 25 27.5 Vinagre (C2H4O2) 25 27.5 Peróxido de hidrogeno al 3% (H2O2) 25 27.5 Formol (CH2O) 25 27.5 En la tabla 2 se muestran los datos los volúmenes utilizados en los picnómetros A & B de las sustancias utilizadas en [ml]

Datos leche de magnesia En el caso de la leche de magnesia no se usó dos picnómetros diferentes, sino solo uno esto debido a que los datos fueron proporcionados por una de las personas encargadas del laboratorio. Cabe recalcar que no se hizo otra repetición con otro picnómetro Ojo.- Se utilizó otro picnómetro en este caso respecto a los de A & B mencionados anteriormente. Y este se tomará en la tabla de resultados de los cálculos como si fueran datos del picnómetro A (solo en los resultados) TABLA 4. DATOS UTILIZANDO LECHE DE MAGNESIA Sustancia Volumen utilizado Masa inicial del Masa del picnómetro + Masa de la sustancia picnómetro [g] de la sustancia [ml] m (V ) utilizada [g] (m pf ) (¿¿ pi) ¿ 11 12.99 [g] 33.93 Leche de magnesia (Mg (OH) 2) En la tabla 4 se muestran los datos los volúmenes utilizados en un picnómetro de las sustancias utilizadas en [ml] y la masa del picnómetro + la sustancia en [g]

5 5.1

CÁLCULOS Y RESULTADOS Masas de las sustancias utilizadas

Para calcular la masa final delas sustancias utilizadas en los picnómetros utilizamos la siguiente ecuación: m s= m pf −m pi(2) Donde: m s = Masa de la sustancia utilizada [g] m pf = Masa del picnómetro + Masa de la sustancia utilizada [g] m pi = Masa inicial del picnómetro [g]

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Reemplazando los datos de las Tablas 1, 2 y 4 en la ecuación 2 obtenemos la siguiente tabla de resultados: TABLA 4. RESULTADOS DE MASA DE SUSTANCIA Sustancia Masa de la sustancia Masa de la sustancia utilizada en el utilizada en el picnómetro A [g] ( picnómetro B [g] ( m pfA ¿ m pfA ¿ Agua destilada (H2O) 25.52 27.8 Alcohol etílico (C2H5OH) 20.7 22.64 Leche de magnesia (Mg (OH) 2) 20.94 Vinagre (C2H4O2) 25.7 28.16 Peróxido de hidrogeno al 3% (H2O2) 25.64 27.94 Formol (CH2O) 27.69 30.48 En la tabla 4 se muestran los datos resultantes de utilizar la ecuación 2 que nos da la masa de sustancia utilizada en el picnómetro en [g]

5.2

Cálculo de la densidad de las sustancias líquidas

Para calcular la densidad utilizamos la siguiente ecuación 1: m (1) V Donde: ρ=

ρ=¿ Densidad m=¿ Masa V =¿ Volumen Sabemos que m será la masa de solución utilizada m=m s

Entonces reemplazando la ecuación 2 en 1 obtenemos

ρ=

m pf −m pi (3) V

Donde: ρ=¿ Densidad [g/ml] m pf = Masa del picnómetro + Masa de la sustancia utilizada [g] m pi = Masa inicial del picnómetro [g] V =¿ Volumen utilizado de la sustancia [ml] Reemplazando los datos delas tablas 1, 2, 3 ,4 en la ecuación 3 obtenemos la siguiente tabla de resultados.

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TABLA 4. RESULTADOS DE DENSIDAD Sustancia Agua destilada (H2O) Alcohol etílico (C2H5OH) Leche de magnesia (Mg (OH) 2) Vinagre (C2H4O2) Peróxido de hidrogeno al 3% (H2O2) Formol (CH2O)

Densidad obtenida del picnómetro A [g/ml] ( ρA ¿ 1.0208 0.8280 1.9036 1.0280 1.0256 1.1076

Densidad obtenida del picnómetro B [g/ml] ( ρB ¿ 1.0109 0.8233 1.0240 1.0160 1.1084

En la tabla 4 se muestran los datos resultantes de utilizar la ecuación 3 que nos da la densidad de la sustancia utilizada en el picnómetro en [g/ml]

5.3

Cálculo de error experimental

El error relativo porcentual que es la comparación de resultados experimentales contra los resultados teóricos está dado de la siguiente forma:

|ρexperimental − ρteórica| ∙10 0(4)

(% ) =

MAX ( ρexp , ρteo ) Donde: ε r ( % )=Error relativo ρexp=Densidad experimental ρteo=Densidad teorico MAX (ρ , ρ ) =Valor máximo exp

teo

Los valores experimentales de las sustancias utilizadas se muestran en la siguiente tabla:

TABLA 5. DENSIDADES TEÓRICAS Sustancia Agua destilada (H2O) Alcohol etílico (C2H5OH) Leche de magnesia (Mg (OH) 2) Vinagre (C2H4O2) Peróxido de hidrogeno al 3% (H2O2) Formol (CH2O)

Densidad Teórica [g/ml] 0.997 0.789 2.344 1.0056 1.0095 1.093

En la tabla 5 se muestran las densidades teóricas de las sustancias utilizadas en laboratorio en [g/ml] Datos obtenidos de la WEB.

Reemplazando los datos delas tablas 4 y 5 en la ecuación 4 obtenemos la siguiente tabla de resultados.

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TABLA 6. ERRORES EXPERIMENTALES Sustancia Agua destilada (H2O) Alcohol etílico (C2H5OH) Leche de magnesia (Mg (OH) 2) Vinagre (C2H4O2) Peróxido de hidrogeno al 3% (H2O2) Formol (CH2O)

Error experimental del picnómetro A [%] 2.33% 4.71% 18.79% 2.18% 1.5698% 1.318%

Error experimental del picnómetro B [%] 1.37% 4.17% 1.797% 0.6398% 1.389%

En la tabla 6 se muestran los errores experimentales tanto de la parte del picnómetro A como el del picnómetro B todos estos expresados en [%]

6

CONCLUSIONES

Se pudo determinar las distintas densidades experimentales de las siguientes sustancias líquidas: Agua destilada, Alcohol etílico, Leche de magnesia, Vinagre, Peróxido de hidrogeno al 3% y Formol por medio de en este caso dos picnómetros con los cuales se pudo hallar valores experimentales tanto de masa como de volumen las cuales fueron reemplazadas en las ecuaciones 1 y 3 dándonos estas las densidades experimentales de los compuestos anteriormente mencionados. Todas las densidades experimentales se pueden ver en la Tabla 4 Resultados de densidad. Después de halladas las densidades de las distintas sustancias utilizadas se pasó e comparar esta con sus valores teóricos respectivos, para así poder hallar el error experimental de este laboratorio con las distintas sustancias líquidas utilizadas. En todas las sustancias líquidas a excepción de la leche de magnesia se mostró un error inferior al 5% (Tabla de errores experimentales presente en la Tabla 6 Errores experimentales) lo cual muestra que hubo una correcta medición de los valeres experimentales necesitados. En el caso de la leche de magnesia esta mostró un error del 18,79% un error considerablemente alto pero dentro del rango aceptable. Este error se produjo a la alta viscosidad de la leche de magnesia la cual impedía una correcta medición del volumen del mismo con la ayuda de la pipeta y el picnómetro. Gracias a todo lo mencionado anteriormente se pudo hallar diversas densidades de diferentes sustancias líquidas con ayuda del método del picnómetro. 7

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2.

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