Práctica No 3 Densidad de líquidos y Sólidos y Conversión de Unidades PDF

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Práctica N° 3: Densidad de Líquidos y Sólidos y Conversión de Unidades

Guías de Prácticas de Laboratorio

Identificación: GL-AA-F-1 Número de Revisión No.: Páginas: 2 18 Fecha Emisión: 2018/01/31

Laboratorio de: Química General para Ingeniería Titulo de la Práctica de Laboratorio: Práctica N° 3: Densidad de Líquidos y Sólidos y Conversión de Unidades

Elaborado por:

Revisado por:

Aprobado por:

Gema Acosta, M. Sc.

Comité asesor Departamento de Química

Comité asesor Departamento de Química

Docente Facultad de Ciencias Básicas y Aplicadas.

Departamento de Química.

Departamento de Química.

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Práctica N° 3: Densidad de Líquidos y Sólidos y Conversión de Unidades Control de Cambios

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Fecha de Elaboración / Actualización 12/07/2018 15/07/2021

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Práctica N° 3: Densidad de Líquidos y Sólidos y Conversión de Unidades

1. FACULTAD O UNIDAD ACADÉMICA: Facultad de Ciencias Básicas y Aplicadas 2. PROGRAMA: Ingeniería Civil, Ingeniería Mecatrónica, Ingeniería Industrial, Ingeniería de Multimedia e Ingeniería de Telecomunicaciones 3. ASIGNATURA: Química 4. SEMESTRE: II 5. OBJETIVOS: 5.1.

OBJETIVO GENERAL Determinar densidades de sustancias líquidas y sólidas expresando sus magnitudes en diferentes unidades de medida.

5.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS • •

•

•

• • •

Determinar la densidad absoluta de líquidos (agua, etanol y una muestra problema) por el método del picnómetro y de la pipeta. Determinar la densidad absoluta de sólidos: esfera, cilindro y cubo hechos de cobre, hierro y aluminio por el método geométrico y utilizando el principio de Arquímedes. Hallar el porcentaje de error de cada uno de los métodos utilizados basándose en los valores de densidad reportados en la literatura científica. Evaluar según parámetros estadísticos básicos el mejor método para determinar la densidad de líquidos y sólidos en el laboratorio de química. Hallar la densidad relativa de cada una de las sustancias líquidas y sólidas de estudio. Realizar conversiones de unidades con los resultados obtenidos. Identificar y usar los implementos de seguridad en el laboratorio que permitan desarrollar la práctica de manera segura

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Práctica N° 3: Densidad de Líquidos y Sólidos y Conversión de Unidades 6. COMPETENCIAS A DESARROLLAR: •

• • •

Determina la densidad absoluta y relativa de sólidos empleando dos métodos: principio de Arquímedes y geométrico, determinando su respectivo error. Evalúa los métodos para determinar densidad de sólidos en el laboratorio, estableciendo el mejor basándose en el análisis estadístico básico. Determina la densidad absoluta y relativa de líquidos, por dos métodos diferentes: picnómetro y pipeta, determinando su respectivo error. Realiza adecuadamente conversiones de unidades con los resultados obtenidos empleando el método del factor de conversión y expresa los resultados usando las convenciones adecuadas para cada magnitud física medida.

7. MARCO TEÓRICO Materia se define como aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Masa es la cantidad de materia de una muestra en particular, es constante y no cambia, no importa el sitio en que se mida. Peso de un cuerpo es la fuerza gravitacional de atracción entre la masa del cuerpo y la masa del planeta en el cual éste es pesado. Así, el peso de un cuerpo varía, dependiendo de donde sea pesado, mientras que la masa no. Densidad Absoluta (ρ Absoluta) La densidad de una sustancia es la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de sustancia, es la relación entre la masa y el volumen de una sustancia: 𝑚𝑎𝑠𝑎(𝑔) 𝝆(𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎) = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝑚𝐿)

Fig 1 Balanza analítica, para determinación de masa de las sustancias.

La densidad de los sólidos y los líquidos se expresa comúnmente engramos por mililitro (g/mL) o gramos por centímetro cúbico (g/cc) y la de los gases en gramos por litro (g/L).

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Las densidades de las sustancias dependen de la temperatura; por ejemplo, la densidad del agua a 19°C es 0.99843 mientras que a 4°C es 1.00000 g/mL, a esta temperatura el agua tiene su máxima densidad. Densidad Relativa (ρ Relativa) Cuando la densidad de una sustancia se refiere o compara con otra, se llama densidad relativa. Para los sólidos y líquidos el patrón es el agua y para los gases el aire. La densidad relativa es también una relación de masas o de pesos para los mismos volúmenes y no tiene unidades. Por lo tanto, es la misma en cualquier sistema de unidades.

𝜌( 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎) =

Fig 2 Picnómetro para la determinación de densidad de líquidos

𝜌𝐴𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎 𝑠𝑢𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝜌𝑃𝑎𝑡𝑟ó𝑛 𝑎 𝑇° 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜

Peso Específico (ϒ): El peso específico se define como la relación del peso de la sustancia (masa por aceleración) con respecto a su volumen.

ϒ(𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜) =

𝑊𝑆 𝑔𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑥 𝑚𝑎𝑠𝑎 (𝑔) = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛(𝑚𝐿) 𝑉

Si este peso específico se compara con el de otro cuerpo, se llama peso específico relativo y viene a ser igual a la relación entre pesos específicos de la sustancia y de una sustancia patrón.

ϒ(𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜) =

𝑊

𝑠𝑢𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎

𝑊𝑝𝑎𝑡𝑟ó𝑛

Puesto que esto se determina en el mismo lugar, esta relación es exactamente igual al de sus masas correspondientes, es decir, igual a la densidad relativa, dr.

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Práctica N° 3: Densidad de Líquidos y Sólidos y Conversión de Unidades Métodos para determinar la densidad Las mediciones del peso específico o de la densidad relativa se realizan por diversos métodos, siendo el del picnómetro el que más se usa para los líquidos. En la industria, se utilizan los densímetros o areómetros. Para los sólidos cuando no se requiere una gran precisión, se recurre a su inmersión, en líquidos en donde son insolubles. Otro método, más preciso es mediante la aplicación del principio de Arquímedes: La pérdida aparente de peso de un cuerpo, cuando se sumerge en un líquido, es debida al empuje, o fuerza contraria a la gravedad, que ejerce el agua sobre el cuerpo. En este caso, el peso de agua desalojada es numéricamente igual a la pérdida aparente de peso w, que experimenta el cuerpo al ser sumergido. Por lo tanto, el peso específico o densidad relativa viene a ser dado por la relación:

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 =

Fig 3 Determinación de volumen, método de la probeta.

𝑊𝑠 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐶𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑊𝑆 = = 𝑊 𝑊𝑠 − 𝑊𝑎 𝐸𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 𝑜 𝑃𝑒𝑟𝑑í𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑃𝑒𝑠𝑜

Ws = Peso del cuerpo suspendido en el aire Wa = Peso del cuerpo sumergido en el agua. El principio de Arquímedes también expresa que: El volumen de un sólido regular o irregular al ser sumergido en agua, es igual, al volumen de agua desplazado por el sólido. Cálculo Geométrico del Volumen , donde r representa el radio de la esfera.

•

Volumen de la esfera

•

Volumen del cilindro donde r representa el radio de la circunferencia y h representa la altura del cilindro.

Cálculo del Error de la medición como patrón estadístico de la comparación En todas las mediciones que se realicen a nivel experimental, siempre se corre el riesgo de cometer errores. Un error experimental es una desviación del valor medido con respecto al valor real. Los errores dependen del procedimiento elegido, de la tecnología Pagina 6 de 23 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor

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empleada y de la habilidad del experimentador. Para hallar numéricamente el valor del error, en porcentaje se emplea la siguiente ecuación:

% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 =

|𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑇𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝐸𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙| = 100% 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑇𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜

Hay que aplicar siempre el valor absoluto en el numerador, es importante recordar que el error es siempre un valor positivo

Fig 4 Elementos empleados para determinación de volumen de sólidos regulares: Calibrador o nonio, probetas.

8. MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS, SOFTWARE, HARDWARE O EQUIPOS DEL LABORATORIO: DESCRIPCIÓN (Material, reactivo, instrumento, software, hardware, equipo)

CANTIDAD

Reactivos Etanol 20 Acetona 2 Agua destilada 1000 Agua potable 1000 Liquido problema (NaCl al 10%) 20 Material e instrumentos Picnómetro pequeño 10 Pipeta aforada de 5 mL 1 Pera pipeteadora de tres vías 1 Probeta plástica 50 mL 1

UNIDAD DE MEDIDA mL mL mL mL mL mL mL NA mL

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Vaso de precipitados de 100 mL Erlenmeyer de 25 mL con tapa Vidrio reloj o caja de Petri Sólido metálico de geometría regular Calibrador pie de Rey Frasco lavador Balanza Analítica

2

mL

1 1

mL NA

1

NA

1 1

NA NA

9. MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS, SOFTWARE, HARDWARE O EQUIPOS DEL ESTUDIANTE: DESCRIPCIÓN (Material, UNIDAD DE CANTIDAD reactivo, instrumento, software, MEDIDA hardware, equipo) Cuaderno de laboratorio 1 NA Bata de laboratorio 1 NA Gafas de seguridad 1 NA Guantes de nitrilo 1 NA Toallas de papel de cocina 1 NA Calculadora 1 NA Esfero 1 NA 10. PRECAUCIONES CON LOS MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS A UTILIZAR: Antes de realizar la práctica consulte información solicitada acerca de los reactivos químicos con los que desarrollará la práctica: Nombre del reactivo

Fórmula y Descripción

Precauciones (H) y (P)

Primeros Auxilios

Pictogramas

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El etanol y la acetona son líquidos inflamables, se debe mantener alejado de llamas o fuentes de ignición, en caso de incendio usar extintor multipropósito; en caso de derrame se puede dejar evaporar o recoger con paño absorbente. Se debe hacer una adecuada manipulación del material de laboratorio, especialmente con el material de vidrio. 11 PROCEDIMIENTO, MÉTODO O ACTIVIDADES: 11.1

Determinación de densidad de líquidos

Líquidos de estudio agua destilada, etanol, y una muestra Problema. Al finalizar las determinaciones debe escoger cuál es el mejor método para hallar la densidad de Líquidos en el Laboratorio de Química de la UMNG. 11.1.1 Método del Picnómetro Hallar, la masa del picnómetro en balanza digital; debe estar vacío, limpio y seco. Purgar el picnómetro: tomar pequeña cantidad del líquido de estudio, (1 mL) adicionar al picnómetro tapar y agitar. Desechar el líquido de la purga en recipiente para residuos. Hacer proceso 2 veces. Llenar con el líquido de estudio el picnómetro hasta el borde, dejar caer suavemente la tapa. Rápidamente secar picnómetro por fuera y determinar masa en balanza analítica. Devolver el líquido al recipiente original. Calcular, por diferencia, la masa del líquido de estudio. Calcular la densidad absoluta y densidad relativa a temperatura del laboratorio de Química UMNG. Hallar % de Error. Repetir el procedimiento con cada líquido de estudio. 11.1.2 Método de la Pipeta Lavar y secar perfectamente Erlenmeyer + tapón. Hallar, la masa del Erlenmeyer + tapón en balanza digital; debe estar vacío, limpio y seco. Adicionar 5,0 mL de líquido de estudio con pipeta aforada, previamente purgada. Rápidamente tapar y determinar la masa en balanza analítica. Calcular, por diferencia, la masa del líquido de estudio. Calcular la densidad absoluta y densidad relativa a la temperatura del

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laboratorio de Química UMNG. Hallar el % de error. Repetir el procedimiento con cada líquido de estudio. 11.2

Determinación de Densidad de Sólidos

Sólidos de estudio esfera, cilindro y cubo. Al finalizar las determinaciones debe escoger cuál es el mejor método para hallar la densidad de Sólidos en el Laboratorio de Química de la UMNG. 11.2.1 Método Geométrico Determinar con el calibrador las dimensiones del sólido de estudio. Emplear fórmula geométrica y hallar el Volumen del Sólido de Estudio. Determinar con la balanza analítica la masa del sólido de estudio. Calcular la densidad absoluta y densidad relativa a temperatura del laboratorio de Química UMNG. Hallar el porcentaje de error. Repetir el procedimiento con cada sólido de estudio. 11.2.2 Método Principio de Arquímedes Hallar masa del sólido de estudio en la balanza analítica. Usar vidrio de reloj. Adicionar ≈ 20mL de agua potable a una probeta de 100 mL. Registrar el volumen exacto de agua, leer por debajo del menisco. (Vi). Dejar caer cuidadosamente el sólido de estudio dentro de la probeta. Evitar salpicaduras. Observar y registrar nuevo volumen (Vf), leer por debajo del menisco. Hallar volumen del sólido de estudio Vs = (Vf,-Vi). Calcular la densidad absoluta y densidad relativa, del metal del que está hecho el sólido, a T° del laboratorio de Química UMNG. Hallar el porcentaje de error. Repetir el procedimiento con cada sólido de estudio. 12. RESULTADOS ESPERADOS: El estudiante debe aprender a calcular la densidad de líquidos y sólidos, con el menor porcentaje de error posible. También se espera que el estudiante aprenda a consultar los datos reportados de densidad de los compuestos en estado líquido empleados en la práctica, así como la densidad de los elementos en estado sólido. Adicionalmente es muy importante que el estudiante pueda comparar los diferentes métodos y a partir de los resultados obtenidos pueda escoger cuál es el más exacto. Pagina 10 de 23 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor

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Práctica N° 3: Densidad de Líquidos y Sólidos y Conversión de Unidades 13. CRITERIO DE EVALUACIÓN A LA PRESENTE PRÁCTICA: Esta práctica se evaluará con la entrega del informe en el formato adjunto. Asimismo, el docente evaluará el preinforme correspondiente, realizado en el cuaderno de laboratorio, que debe incluir el procedimiento, un mapa conceptual del marco teórico, unas fichas de seguridad cortas, así como también los datos obtenidos de la práctica. El docente estará en libertad de realizar un qüiz o evaluación corta antes de empezar la práctica, acerca del contenido de esta guía de laboratorio.

INFORME DE LABORATORIO

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