MEDIDAS Y PROPIEDADES FSICAS

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRS

FACULTAD DE INGENIERA QMC 100 - L

CURSO BASICO

SEM 2/2011LABORATORIO QUIMICA GENERAL

PRCTICA N 1MEDIDAS Y PROPIEDADES FSICAS1 OBJETIVO GENERAL

Realizar mediciones de magnitudes comunes a propiedades fsicas.

1.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Realizar medidas que se aproximen al valor verdadero mediante los instrumentos de medicin.

Determinar las densidades de cuerpos regulares e irregulares y de lquidos.

Determinar las temperaturas de congelacin y ebullicin del agua.

Utilizar mtodos estadsticos.

Realizar un anlisis de los datos experimentales que se dieron en el desarrollo del experimento.

Realizar operaciones con las magnitudes derivadas sobre la base de los datos experimentales.

Aprender el manejo de los instrumentos de laboratorio involucrados en los experimentos.

2 FUNDAMENTO TEORICO

Las caractersticas de la materia que sirven para definirla y diferenciarla se las denomina propiedades. Entre las propiedades de la materia se pueden distinguir propiedades fsicas y propiedades qumicas.

Las propiedades fsicas constituyen aquellas propiedades de los cuerpos que pueden medirse o apreciarse sin producir ninguna alteracin en la constitucin de la materia, mientras que en las propiedades qumicas implican una alteracin en la constitucin de la materia.

2.1 Densidad.

La densidad Absoluta, denominada tambin densidad de una sustancia, es la masa que tiene una sustancia por unidad de volumen y se puede expresar como:

Las unidades ms comunes en las cuales se expresa la densidad son:

Por lo general, la densidad de los lquidos y slidos se expresa en gramos por centmetro cbico o en gramos por milmetro; mientras que la densidad de los gases se expresa en gramos por litro.

En el sistema S.I. la unidad fundamental es el kilogramo por metro cbico.

La densidad de los cuerpos muestra una diferencia cuantitativa entre los distintos estados de agregacin de la materia, los gases tienen densidades muy bajas ya que en sus molculas se encuentran muy separadas entre si, es decir, que ocupan un volumen muy grande. Los lquidos por el contrario tienen densidades mucho mayores, debido a que en ellos las partculas que los conforman estn mas cerca unas a otras, por lo tanto ocupan un menor volumen que el ocupado por la misma masa de gas. En los slidos las partculas se encuentran en un estado mas compacto y por lo tanto ocupar un volumen mucho menor y su densidad ser mucho mayor. Una excepcin a esta regla la ofrece el agua, en ella las molculas se mantienen separadas por medio de puentes de hidrgeno, lo cual produce una estructura mas abierta y un mayor volumen, dando como resultado que el hielo tiene menor densidad que el agua en estado liquido.

El mtodo ms exacto para determinar la densidad, es el uso del principio de Arqumedes. El principio de Arqumedes establece que un objeto sumergido en un fluido (lquido o gas) es sometido a una fuerza de empuje igual al peso del fluido que desplaza. La diferencia entre el peso de la sustancia en el vaco y el peso de la sustancia en el fluido es la fuerza de empuje y es igual al peso del fluido desplazado.

En la determinacin de la densidad de un slido o liquido, la masa en el aire es tomada como la masa en el vaco, debido a que la masa del aire desplazado es despreciable comparada con la masa de un volumen igual de slido o liquido de una manera indirecta.

Para hallar la densidad del slido por ste ltimo mtodo se utiliza la siguiente frmula.

Donde: mslido en el aire = masa obtenida en una balanza y mslido en el lquido = masa obtenida donde el slido est sumergido en el lquido.

Densidad Baume. En laboratorio se dispone de un densmetro para la determinacin de la densidad del cido sulfrico, si bien no existe una relacin matemtica entre la concentracin de una disolucin y su densidad, existe una relacin unvoca entre ambas magnitudes, esto es, a cada concentracin corresponde una sola concentracin. Para diversas sustancias se ha determinado esta relacin, por lo cual, conocida la densidad de una disolucin dada puede hallarse la concentracin a que corresponde.

La relacin entre los grados B y la densidad depende algo de la temperatura. A temperatura ambiente, en realidad a 15.55 C, se han establecido las siguientes relaciones:

Lquidos ms densos que el agua:

(

Lquidos menos densos que el agua:

(

Siendo n los grados Baum y ( la densidad relativa de la disolucin respecto al agua a la misma temperatura. Se conocen y utilizan otras relaciones muy aproximadas a stas.

Densidad relativa. Es la relacin existente entre la densidad absoluta de una sustancia a la densidad de otra sustancia conocida como de referencia.

Densidad relativa conocida tambin como gravedad especifica o peso especifico relativo, matemticamente es relacionada de la siguiente manera:

Donde:

(x = densidad de la sustancia

(ref = densidad de la sustancia de referencia

La densidad relativa no tiene unidades por lo tanto es adimensional. Es de uso general considerar al agua como la sustancia de referencia para slidos y lquidos, cuya densidad es igual a 1.00 g/cm3, a la temperatura de 4 C ; y el aire para gases siendo su densidad igual a 1.29 g/l, a 0 C de temperatura y 1 atm de presin.

Las sustancias de referencia o patrn para los estados slido, lquido y gaseoso son:

SUSTANCIA PATRNAGUAAIREOXGENOHIDRGENO

DENSIDAD1 g/ml a 4 C1.293 g/( a 1 atm y 0 C1.429 g/( a 1 atm y 0 C0.0899 g/( a 1 atm y 0 C

PARA ESTADOSlido y lquidoGaseosoGaseosoGaseoso

2.2 Temperatura.La temperatura es la medida del contenido calrico de un cuerpo, es una medida de la energa en forma de calor y se mide en diferentes unidades.

Unidades absolutas: R grados Rankine, K grados Kelvin

Unidades relativas: C grados centgrados, F grados Farenheight

Las diferentes escalas estn relacionadas por:

2.3 VolumenEspacio que ocupa un cuerpo. Su unidad fundamental en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cbico (m3) y en el Sistema Ingls es el pie cbico (ft3) . El centmetro cbico (cm3) y el litro (l) son unidades de volumen muy utilizadas y el litro se puede representar con mltiplos y submltiplos.2.4 MasaCantidad de materia que posee un cuerpo. Su unidad fundamental en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg) y en el Sistema Ingls es la libra (lb) . El gramo (g) es una unidad de masa muy utilizada y se puede representar con mltiplos y submltiplos.2.5 Flujo volumtrico

Endinmica de fluidos,caudales la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumtrico o volumen que pasa por un rea dada en la unidad de tiempo. Sus unidades son las de volumen y tiempo. En el Sistema Internacional de Unidades es el m3/s2.6 Voltaje Latensin,voltajeodiferencia de potenciales unamagnitud fsicaque impulsa a loselectronesa lo largo de un conductor en uncircuito elctricocerrado, provocando el flujo de unacorriente elctrica. La diferencia de potencial tambin se define como el trabajopor unidad decargaejercido por elcampo elctrico, sobre unapartcula cargada, para moverla de un lugar a otro. Se puede medir con unvoltmetro. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de voltaje es el voltio (V volt.)

3 MATERIALES Y REACTIVOS

3.1 Materiales

ITEMMATERIALCARACTERSTICACANTIDADITEMMATERIALCARACTERSTICACANTIDAD

1

Termmetro de Hg0 C a 100 C19Matraz Aforado50 ml1

2BalanzaElctrica110Vaso de precipitado250 ml1

3

Balanza de densidadesWestphal111Vaso de precipitado1000 ml1

4

Caja de slidos granularesCaja metlica112Soporte universal con pinzaMetlico1

5Probeta50 ml113CronmetroDigital1

6Probeta100 ml114Regla milimtricaVernier1

7Pipeta10 ml115Densmetro4

8Bureta50 ml116Piseta1

3.2 Reactivos y objetos de medicinITEMREACTIVOCARACTERSTICAITEMREACTIVOCARACTERSTICA

1

Slido regularDiversas formas5AceiteComn

2

Slido irregularMetlico6KeroseneCombustible

3Slido granularDiversas clases7Agua destilada

4Alcohol etlicoMezcla alcohol y agua8

cido sulfricoSolucin diluida

4 Procedimiento

4.1 Medidas de temperatura4.1.1 Temperatura ambiente

Con un termmetro de mercurio suspendido de la pinza del soporte universal, se realizarn lecturas de la temperatura ambiental.

4.1.2 Temperatura de Ebullicin

En un vaso de Precipitados de 250 a 500 ml se vierte agua hasta un 60% de su capacidad. Teniendo en cuenta las recomendaciones del docente en cuanto a la manera correcta de calentar un lquido y al manejo del termmetro, se va controlando de manera peridica la temperatura del agua.

La temperatura de ebullicin del agua correspondiente a la altura de La Paz, ser la temperatura mxima invariable.

4.1.3 Temperatura de Fusin del Hielo

En un vaso de precipitados de 250 ml colocar hielo granulado y agua hasta la mitad del vaso y esperar a que se establezca el equilibrio de fusin, medir la temperatura del hielo cuidando que el bulbo del termmetro quede cubierto por el hielo. La temperatura de fusin ser la mnima invariable.

4.2 VolumenSe realizarn determinaciones de volumen de diferentes sustancias.

4.2.1 Slidos granulares

Para la determinacin del volumen, se utiliza una caja metlica, llenando la misma con el slido regular y enrasando con la ayuda de una regla o esptula. El volumen del slido ser el resultante de la medida del volumen del recipiente.

4.2.2 Slidos Regulares

El volumen de slidos de forma geomtrica regular se determinar por la media de sus dimensiones caractersticas.

4.2.3 Slidos Irregulares

El volumen de slidos de forma irregular se determina por el desplazamiento de un lquido en un recipiente graduado. Utilizaremos una probeta graduada conteniendo agua hasta cierto nivel, luego se sumergir el slido, la diferencia de niveles ser el volumen del slido

4.2.4 Lquidos

El volumen de lquidos se determinar con ayuda de instrumentos volumtricos. El objetivo del experimento es que el alumno practique el uso de la probeta, y matraz aforado. En el caso del matraz aforado se deber pesar tambin su contenido.

4.3 MasaSe realizarn determinaciones de masa de las mismas sustancias utilizadas en el anterior inciso (slidas y lquidas), con y sin recipiente que las contenga. Utilizando la balanza elctrica.

4.4 Flujo volumtricoLa determinacin del flujo volumtrico de los grifos de laboratorio se realiza con ayuda de una probeta graduada y un cronmetro, ya sea anotando el tiempo necesario para un determinado volumen prefijado o para un tiempo fijado medir el volumen que se almacena en la probeta. Se recomienda tratar de tener un flujo constante del grifo. Realizar varias mediciones para sacar promedios.

4.5 Voltaje

El objetivo principal es aprender el manejo del tster o multmetro, que se usa para mediciones de variables elctricas. El docente realizar la explicacin del manejo de este instrumento y luego los estudiantes efectuarn mediciones de voltaje de las tomas de laboratorio con una secuencia de media hora.4.6 Densidad de Slidos de Geometra Regular

Se determinar el volumen del slido por su forma geomtrica, la masa se la obtiene por medio de la balanza elctrica. Con estos datos se calcular su densidad promedio.

4.7 Densidad de Slidos Amorfos

Para determinar la densidad de slidos amorfos se realiza por el mtodo indirecto, es decir, se obtiene la masa del slido por medio de la balanza, luego se vierte suficiente agua en una probeta graduada, se introduce el slido en la probeta de tal manera que est sumergido en el agua. Se registran los volmenes inicial y final. Tener cuidado de que no existan burbujas de aire en el interior de la probeta, para que las lecturas de los meniscos sean correctas. Calcular la densidad promedio del slido amorfo.

Tambin se puede determinar la densidad de un slido amorfo utilizando el principio de Arqumedes.

Para hallar la densidad del slido por ste ltimo mtodo se utiliza la siguiente frmula.

Donde: mslido en el aire = masa obtenida en una balanza y mslido en el lquido = masa obtenida donde el slido est sumergido en el lquido.

4.8 Densidad de Slidos Granulares

En un recipiente de volumen conocido, se coloca el slido granular en rasndolo. Determinamos la masa del recipiente vaco y seco, y tambin cuando contiene al slido granular, por diferencia se obtiene la masa del lquido, como el volumen es conocido se calcula su densidad.

4.9 Densidad del cido sulfrico

La densidad del cido sulfrico se puede determinar en forma indirecta utilizando un densmetro que nos permite medir los grados Baum (n), y a partir de las relaciones empricas establecidas calcular la densidad del cido sulfrico.

4.10 Densidad del alcohol etlico

La densidad del alcohol etlico se determina en forma indirecta utilizando un alcoholmetro, en el cual nos permite medir grados Gay Lussac, es decir, la composicin centesimal en %V/V del alcohol, conociendo esta composicin y la densidad del agua obtenida experimentalmente, se puede determinar la densidad del alcohol.

5 Datos Experimentales

5.1 Medidas de Temperatura

Termmetro de Mercurio

Temperatura en CAlumno 1Alumno 2Alumno 3Alumno 4

Temperatura Ambiente

Temperatura de ebullicin del agua

Temperatura de fusin del hielo

Termocupla

Temperatura en CAlumno 1Alumno 2Alumno 3Alumno 4

Temperatura Ambiente

Temperatura de ebullicin del agua

Temperatura de fusin del hielo

5.2 Volumen

Slido Regular

Dimensin caracterstica(la que corresponda)Alumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Arista [cm]

Longitud (cm(

Ancho (cm(

Altura [cm]

Dimetro [cm]

Slido Irregular

Volumen en la probetaAlumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Volumen lquido inicial (cm3(

Volumen lquido final (cm3(

Slido Granular

Dimensiones internasAlumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Longitud de la caja [cm]

Altura de la caja (cm(

Ancho de la caja (cm(

Lquidos con matraz aforadoLquidoAlumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Agua

Alcohol

5.3 Masa

Slido Regular

Alumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Masa del slido regular [g]

Slido Irregular

Alumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Masa del slido irregular [g]

Slido Granular

Alumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Masa de la caja vacia [g]

Masa de la caja llena [g]

Masa slido granular [g]

Lquidos

LquidoAlumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Agua

Matraz aforado vacio [g]

Matraz aforado lleno [g]

Alcohol

Matraz aforado vacio [g]

Matraz aforado lleno [g]

5.4 Flujo volumtrico

Datos de flujo con probetaAlumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Volumen recibido [cm3]

Tiempo [s]

5.5 Voltaje

Toma NoHoraAlumno 1Alumno 2Alumno 3Alumno 4

5.6 Densidad

Mtodo Directo (con densmetro)

LquidoAlumno 1Alumno 2Alumno 3Alumno 4

H2O [g/cm3]

C2H5OH [% vol] [GL]

H2SO4 [Be]

Aceite [g/cm3]

Kerosene [g/cm3]

Mtodo de ArqumedesAlumno 1Alumno 2Alumno 3

Peso del slido en el aire [g]

Peso del slido en agua [g]

Densidad del agua [g/cm3]

6 Clculos

En todos los casos se debe realizar el tratamiento estadstico de datos que incluye:

Calculo del valor promedio como el ms representativo

Calculo del intervalo de confianza en base a:

Donde t es el valor de t de Student con un grado de confianza determinado, S es la desviacin estndar del conjunto de datos y n es el nmero de mediciones

Calculo del error absoluto y relativo respecto del valor bibliogrfico o de referencia cuando corresponda Todos los clculos a realizarse se harn en base a teora de errores, y con el uso de una calculadora

Formulas a usarse: Desviacin estndar:

Para el error:

E=t *6.1 Temperaturas

Se debe expresar en base a los datos los valores de temperatura ambiente, temperatura de ebullicin del agua y temperatura de fusin del hielo con sus respectivos errores si es que corresponde.6.2 Volumen

Se debe calcular el volumen de cada muestra proporcionada

6.3 Masa

Se debe calcular la masa de cada muestra proporcionada.

Lquidos:

Agua :

Alcohol

6.4 Flujo volumtrico

Se debe calcular el flujo volumtrico del grifo.6.5 Voltaje

Se debe calcular el voltaje de la toma de corriente especificada para cada hora y el error respecto del valor proporcionado por la empresa de energa.6.6 Densidad

Se debe calcular la densidad de: Slido regular Slido irregular

Slido granular

Lquidos (agua y alcohol)

En base a masa y volumen

Se debe expresar la densidad de los diferentes lquidos en base a los datos obtenidos con el densmetro

Se debe calcular la densidad del slido irregular en base a la formula de Arqumedes Calcular el error absoluto y relativo en cada caso tomando como referencia los valores bibliogrficos.

7 Cuestionario

1. En un recipiente estn mezclados los lquidos (A, B y agua), sabiendo que la masa de agua es igual al doble de la masa de (B); el volumen de (A) es igual a la quinta parte del volumen de agua y la densidad de (A) igual al triple de la densidad de (B). Si la mezcla tiene 150ml de volumen. Hallar el volumen de(A).

2. Una mezcla de dos sustancias esta formada por 1450 gramos de una sustancia A y 1580 gramos de una sustancia B. el volumen total de la mezcla es igual a un volumen de 500 gramos de leche cuya densidad es de 1.1 g/cm3, a) calcular la densidad de la mezcla. b) Cul es su densidad relativa? .C) si la sustancia A tiene una densidad de 0.85g/cc Cul es la densidad de la sustancia B?

3. Una probeta tiene una masa de 45 g, si esta se llena con agua hasta la tercera parte pesara 70g. si la misma probeta ahora se llena totalmente con un lquido desconocido pesara 120g. Cul es la densidad del lquido desconocido?

4. Una moneda de un cuarto de dlar americano tiene una masa de 5.67 g y aproximadamente 1.55mm de espesor. El monumento de Washington tiene 575 pies de altura. a) cuantas monedas de cuarto de dlar debera apilarse para igualar dicha altura. b) cuanto pesara este apilamiento en monedas c) cuanto dinero se utilizara?

5. Definir los siguientes conceptos: a) densidad; b)masa; c) peso ; d) densidad relativa; e) peso especifico; f) volumen

6. Definir los siguientes conceptos e indicar la diferencia: a) precisin; b) exactitud.

7. Hallar la densidad de un liquido X que forma una solucin liquida con el agua, sabiendo que la densidad relativa de la solucin es de 1.6 y que la mezcla liquido x y agua esta en una proporcin en volumen de 1:4 respectivamente.

8. La densidad de una mezcla de aceite y alcohol es de 0.86 g/cc, si la masa de ambos en la mezcla son iguales. Cual es la densidad del aceite, si el volumen del alcohol es 53.75 % del total .

9. Al realizar la medicin de un cuerpo cilndrico se obtienen los siguientes datos:

Masa (g)Altura (pulg)Radio (cm)

3.25

5.34

67.90

3.21

5.33

67.89

3.20

5.33

56.90

3.25

5.00

67.88

3.26

5.35

68.00

3.25

5.34

67.90

3.24

5.35

67.89

Determinar si el cuerpo se sumerge o no en agua (considere anlisis estadstico para determinar la densidad del cuerpo).

10. Al realizar la medicin de un cuerpo esfrico se obtienen los siguientes datos:

Masa (g)Dimetro (cm)

11.55

15.55

11.50

15.60

11.62

15.44

11.51

15.45

11.57

15.40

11.52

15.50

11.55

15.53

Determinar la densidad del cuerpo esfrico y la incertidumbre de su densidad.

11. Un termmetro est graduado en una escala arbitraria x en la que la temperatura del hielo fundente corresponde a 20 x y la del vapor de agua a 180 x. Determinar el valor del cero absoluto en esta escala arbitraria

12. Usted tiene una joya de oro que pesa 10.35 g. Su volumen es 0.654 cm3. Suponga que el metal es una aleacin de oro y plata, con densidades relativas de 19.3 y 10.5 respectivamente. Tambin suponga que no hay cambio de volumen cuando se mezclan los metales puros. a) Calcule el porcentaje de oro (por masa) en la aleacin, b) La cantidad relativa de oro se mide en quilates; establezca la proporcin de oro contenido en la joya, en quilates.

8 Bibliografa

Alvarez, Alfredo Valenzuela Julio Yujra Federico. Prcticas de Qumica General.

Babor, Joseph Ibarz, Jos. Qumica General Moderna. Sava Editorial Marin 1977

Gray, Harry Haight, Gilbert. Principios Bsicos de Qumica. Editorial Revert. 1969.

Montecinos Edgar Montecinos Jos. Qumica General. Prcticas de Laboratorio.

LABORATORIO DE QUIMICA GENERAL

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