PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚFacultad de Ciencias e IngenieríaSemestre 2010-1

LABORATORIO 1 DE FISICO-QUÍMICADENSIDAD Y VISCOSIDAD DE LOS LÍQUIDOS

Alumnas responsables:Antonella Hadzich 20074328Brenda D’Acunha 20067205

II – Objetivos

Determinar la densidad de un líquido utilizando los métodos del densímetro y del picnómetro. Asimismo, mediante el método del viscómetro de Ostwald, calcular el coeficiente de viscosidad de diferentes líquidos, y, mediante el método del picnómetro, la densidad de distintos sólidos.Comparar e identificar el método más eficiente.

III - Fundamento teórico

Densidad:

Magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3)1.

Picnómetro:

Del griego puknos, que significa densidad. Es un matraz con un tapón de vidrio esmerilado que contiene un capilar en la parte central del mismo. Esto permite medir con mayor precisión el volumen de un líquido, y por ende, ayudar a que la densidad de un fluido sea correctamente obtenido utilizando un balance analíticamente equilibrado. Se calcula la densidad de la siguiente manera:

dy=MyV

=MydsMs

Donde: dy =densidad de un líquido; ds =densidad de un líquido de referencia; My =masa del líquido; Ms =masa del líquido de referencia; y V =volumen del picnómetro3.

Densímetro:

La densidad de los líquidos puede medirse también directamente utilizando un densímetro. Este, es un instrumento compuesto de una varilla de vidrio graduado y calibrado y un lastre de plomo en la parte inferior. Para medir, se introduce el densímetro en el líquido para que flote verticalmente. A continuación se observa en la escala el punto en el que la superficie del líquido toca el cilindro del densímetro y esta medida es la densidad 4; 5.

Imagen picnómetro 2

Imagen densímetro 4

Imagen densímetro 6

Viscosidad:

La viscosidad puede definirse como la resistencia de un líquido o un gas a fluir, resultante de los efectos combinados de cohesión y adherencia. El coeficiente de viscosidad η es el parámetro que caracteriza la viscosidad, y se puede medir utilizando instrumentos llamados viscosímetros. En un viscosímetro de Ostwald, se pone a través del tubo más ancho “D” una cantidad medida de un líquido, que es fija para cada viscosímetro (10mL por ejemplo). Después, se succiona por el extremo opuesto “E” hasta el enrase “A” y se mide el tiempo que demora en caer el menisco hasta el enrase “B”. Al final, el coeficiente de viscosidad será determinado al comparar con otro líquido, que será usado como referencia (la mayoría de veces se usa agua), operando a temperatura constante.

Luego, podemos usar la siguiente relación para poder hallar la viscosidad:

η=kρtDonde tenemos que:K es la constante del viscosímetro, ρ es la densidad del líquido, t es el tiempo que se demora en llegar de “A” a “B” y η es la viscosidad 6.

IV - Parte experimental

IV.1.- Indicar el grado de pureza de los reactivos.

Todos los reactivos fueron de grado P.A. Cabe resaltar que el Sulfato de cobre se encontraba originalmente pentahidratado.

IV.2.- Esquema de procedimiento

IV.2.1.- Densidad de un sólido o líquido: Utilizando un picnómetro

Pesar el picnómetro limpio y seco

Llenarlo con agua (capilar totalmente lleno) y secarlo

por fuera.

Medir la temperatura del líquido y pesar el

picnómetro con agua.

Repetir los pasos anteriores con las muestras

problema.

Pesar la muestra sólida en el picnómetro

Pesar picnómetro lleno de agua y con el sólido

Vaciar el picnómetro y pesarlo lleno de agua

Sólido

Líquido

VI.2.2.- Densidad de un líquido: Utilizando un densímetro

VI.2.3.- Viscosímetro de Ostwald:

V - Datos experimentales

V.1.- Densidad de un líquido: Método del picnómetro.

V.1.1.-Agua destilada.

Picnómetro

peso picnómetro

(g)

peso con agua (g)Media σpeso 1 peso 2 peso 3

1 24,8669 54,0313 54,0307 54,0305 54,0308 0,00042 20,2170 52,2620 52,2612 52,2614 52,2615 0,00043 22,8414 46,8475 46,8466 46,8461 46,8467 0,0007

Introducir el densímetro en una probeta no graduada

El instrumento debe flotar sin tocar paredes ni fondo de la probeta

Leer la densidad en la escala del densímetro

Repetir con las otras muestras

Lavar viscosímetro y tubo de ensayo con detergente y agua

destilada

Introducir viscosímetro y tubo de ensayo en un vaso con agua

destilada de 500mL

Llenar el tubo de ensayo con agua destilada y medir

temperatura.

Llenar el viscosímetro con 10mL de agua destilada

Esperar a alcanzar equilibrio térmico.

Con una propipeta, absorber el agua desde el otro extremos

del viscosímetro hasta llegar al enrase más alto.

Sacar la propipeta y dejar que el líquido caiga libremente.

Tomar el tiempo que demora en caer desde ese enrase al

siguiente.

Tomar 5 tiempos y repetir con los otros solventes.

Introducirlo verticalmente, sin

soltarlo.

V.1.2.-NaCl 0,2 M

Picnómetro

peso picnómetro

(g)

peso con agua (g)Media σpeso 1 peso 2 peso 3

1 24,8669 54,2674 54,2672 54,2670 54,2672 0,00022 20,2170 52,5064 52,5061 52,5060 52,5061 0,00023 22,8414 47,0709 47,0706 47,0703 47,0706 0,0003

V.1.3.-HCl 0,281 M.

Picnómetro

peso picnómetro

(g)

peso con agua (g)Media σpeso 1 peso 2 peso 3

1 27,6335 56,9015 56,9012 56,9010 56,9012 0,00022 20,2163 52,3538 52,3538 52,3537 52,3538 5,77x10−5

3 22,8423 46,9618 46,9609 46,9606 46,9611 0,0006

V.2.- Densidad de un sólido: Método del picnómetro.

V.2.1.-Datos teóricos.

Propiedad Cobre Zinc

Densidad (g/cm3) 8,96 7,14

V.2.2.-Datos experimentales.

V.2.2.1.-Cobre

PicnómetroPeso

picnómetro (g)

Peso con sólido (g)

Peso con agua y

sólido (g)

Peso sólo con agua (g)

1 27,6345 27,8259 56,9584 56,78692 20,2163 20,4158 52,4283 52,25373 22,8423 23,0679 47,0657 46,8710

V.2.2.2.-Zinc

Picnómetro

Peso Picnómetro

(g)

Peso conSólido (g)

peso con agua y

sólido (g)

Peso sólo con agua

(g)

1 27,6335 28,1809 57,2526 56,80462 20,2163 29,6532 52,6273 52,23173 22,8423 23,4324 47,3528 46,8703

V.3.- Densidad de un líquido: Método del densímetro.

LíquidoDensidad

experimental(g/cm3)

Densidad teórica(g/cm3)

%Error

H2O 0,9980 0,9960 0,2008NaCl 0.2M

1,0070 1,0062 0,0795

CuSO4

pentahidratado 0.215M

1,0300 1,0329 0,2807

Sacarosa0.2M

1,0320 1,0246 0,7222

Etanol 0,7840 0,7893 0,6715Etilenglicol 1,1150 1,0765 3,5764

Algunos datos teóricos fueron obtenidos por medio de la interpolación de los valores más cercanos a la molaridad deseada encontrados en: CRC Handbook of Chemistry and Physics 87th Ed.

Consideraciones:

Todos los datos fueron medidos a una temperatura de 27°C y presión de 1 atm.La densidad del agua a esta temperatura es de 0,996 g/cm3

El error del instrumento de medida (picnómetro) es de 0,0001El error total mostrado es igual al error del instrumento de medición más la desviación estándar de la muestra.

V.4.- Viscosidad de un líquido: Viscosímetro de Ostwald.

V.4.1.- Datos experimentales: Los datos fueron tomados a 1atm y 27°C

Compuestotiempo (s)

t1 t2 t3 t4 t5 Promedio σAgua 19,25 19,53 19,65 19,61 19,47 19,50 0,1572

NaCl (0,20 M) 20,54 20,83 20,89 20,64 20,90 20,76 0,1614HCl (0,22 M) 20,10 20,23 20,29 20,15 20,15 20,18 0,0842

V.4.2.-Datos teóricos obtenidos de: CRC Handbook of Chemistry and Physics 87th Ed.

Propiedad Agua NaCl (0.20 M) HCl (0.22 M)Densidad 0,9960 1,0062 1,0021

Viscosidad 0,8513 1,0204 1,0088

Los datos de densidad y viscosidad del cloruro de sodio y ácido clorhídrico fueron interpola

VI – Cálculos y resultados:

VI.1. Cálculos

VI.1.1.- Densidad de los líquidos: Método del picnómetro

Para poder hallar las densidades de los líquidos, es necesario determinar, primero, el volumen del picnómetro, que se puede calcular si tomamos como referencia la densidad del agua, que a 27°C es de 0,996 g/cm3:

dy=MyV

=MydsMs

V picnómetro = My agua/dy del agua

V picnómetro 1 = 29,2810 LV picnómetro 2 = 32,1732 LV picnómetro 3 = 24,1017 L

VI.1.1.1.-NaCl: tomamos los mismos volúmenes para los picnómetros porque utilizamos los mismos picnómetros que en el caso del agua.

dy picnó metro1=29,4003/29,2810dy picnó metro1=1,0041 g/cm3

%error = 0,20

dy picnó metro2=32,2892/32,1732

dy picnó metro2=1,0036 g/cm3

%error = 0,26

dy picnó metro3=24,2292/24,1017dy picnó metro3=1,0053 g/cm3

%error = 0,09VI.1.1.2.-HCl: Utilizamos valores diferentes de volúmenes porque cambiamos de picnómetro al romperse la tapa de uno.

dy=MHClV

=MydsMs

V picnómetro 1 = 29,2583 LV picnómetro 2 = 32,1560 LV picnómetro 3 = 24,1252 L

dy picnó metro1=29,2677/29,2583dy picnómetro1=1,0003 g/cm3

%error = 0,18

dy picnómetro2=32,1374 /32,1560dy picnómetro2=0,9994 g/cm3

%error = 0,27

dy picnómetro3=24,1188 /24,1252dy picnómetro3=¿ 0,9997 g/cm3

%error = 0,24

VI.1.2.- Densidad de los sólidos: Método del picnómetro

VI.1.2.1.-Cobre:

M agua(g)

M' agua(g)

V (L) Densidad sólido

(g/cm3)

% error

29,1524 29,1325 0,0200 9,5796 6,915432,0374 32,0125 0,0250 7,9800 10,937524,0287 23,9978 0,0310 7,2718 18,8419

VI.1.2.2.-Zinc:

M agua(g)

M' agua(g)

V (L) Densidad sólido

(g/cm3)

% error

29,1467 29,0717 0,0753 6,9454 2,724932,0154 31,9578 0,0578 7,8366 9,756124,0280 23,9601 0,0682 8,0736 13,0758

Donde tenemos que: M agua = (peso picnómetro con agua – peso picnómetroM’ agua = (peso picnómetro con agua y sólido – peso picnómetro con sólidoV = (M agua – M’ agua)/densidad aguaM sólido = peso picnómetro con sólido – peso picnómetro vacíoEntonces:

Densidad del sólido = M sólido/V

VI.1.3.- Viscosidad de un líquido: Viscosímetro de Ostwald

Sabemos que:η=kρt

Entonces, podemos hallar la constante k si tomamos como referencia al agua:

ηagua=k ρ t0,8513 = k x 0,996 x 19,502

k = 0,0438

Una vez obtenido esto, podemos hallar la viscosidad de los otros compuestos:

VI.1.3.1.- Constante de viscosidad del NaCl

η NaCl = 0,0438 x 20,76 x 1,0062η NaCl = 0,9149 kg·m-1·s-1

%error = 10,34%

VI.1.3.2.-Constante de viscosidad del HCl

η HCl = 0,0438 x 20,184 x 1,0021η HCl = 0,8859 kg·m-1·s-1

%error = 12,18%

VI.2.-Resultados

VI.2.1.- Densidad de un líquido- Método del picnómetro

PicnómetroNaCl 0,2M HCl 0,218M

Densidad Experimental

(g/cm3)

% error Densidad Experimental

(g/cm3)

% error

1 1,0041 0,20 1,0003 0,182 1,0036 0,26 0,9994 0,273 1,0053 0,09 0,9997 0,24

VI.2.2.- Densidad de un sólido- Método del picnómetro

PicnómetroCobre Zinc

Densidad Experimental

(g/cm3)

% error Densidad Experimental

(g/cm3)

% error

1 9,5796 6,9154 6,9454 2,72492 7,9800 10,9375 7,8366 9,75613 7,2718 18,8419 8,0736 13,0758

VI.2.3.- Densidad de un líquido – Densímetro

LíquidoDensidad

experimental(g/cm3)

%Error

H2O 0,9980 0,2008NaCl 0.2M

1,0070 0,0795

CuSO4 ·5H20 0.215M 1,0300 0,2807

Sacarosa0.2M

1,0320 0,7222

Etanol 0,7840 0,6715Etilenglicol 1,1150 3,5764

VI.2.4.- Viscosidad de un líquido- Viscosímetro de Ostwald

Constante del viscosímetro (k) = 0,0438

NaCl 0,2M HCl 0,218MViscosidad

(kg·m-1·s-1)% error Viscosidad

(kg·m-1·s-1)% error

0,9149 10,34 0,8859 12,18

IX - Referencias:

- CRC HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS 87th Ed. 2006-2007- 1Real Academia Española. Densidad. Disponible en:

http://buscon.rae.es/draeI/SrvltConsulta?TIPO_BUS=3&LEMA=densidad. Fecha de consulta: 08 de abril de 2010.

- 2Picnómetro. Imagen disponible en: http://www.3bscientific.es/imagelibrary/U14220_L/mecanica/U14220_L_picnometro-de-gay-lussac.jpg. Fecha de consulta: 08 de abril de 2010.

- 3SNELLING, C. Measuring Density and Specific Gravity. Disponible en: http://www2.volstate.edu/chem/1110/Labs/Density.htm. Fecha de consulta: 08 de abril de 2010.

- 4CANDELA, M. Ciencias naturales Vol.4. Ediciones Andrés Bello, Santiago de Chile. 1990, pp. 47

- 5Densímetro. Disponible en: http://www.uhu.es/gem/docencia/fund-fisicos/pract-Viscosidad.pdf. Fecha de consulta: 08 de abril de 2010.

- 6VALENZUELA, C. Química General: Introducción a la química teórica. Ediciones Universidad de Salamanca, Salamanca. 1994, pp. 295