unmsm práctica n°2 determinación de la densidad de sólidos y líquidos

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN

MARCOS

FACULTAD DE CIENCIAS BIÓLOGICAS

ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE CIENCIAS

BIOLÓGICAS

Guía de Prácticas de Laboratorio de Química General e

Inorgánica

Trabajo en Grupo

Integrantes:

Maria Pia Bernales Oliden

Martha Leiva Ayala

Xiomara Jaramillo Saucedo

Percy Escriba Angulo

Briant Cueto Luna

Semestre Académico 2015 – I

Determinación de la densidad de sólidos y líquidos. Uso de la balanza

2015

- I

2 Facultad de Ciencias Biológicas – E.A.P Ciencias Biológicas

PRÁCTICA N°2

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS

USO DE LA BALANZA


2015

- I


ÍNDICE

INTRODUCCIÓN ............................................................................. 4

MARCO TEÓRICO .......................................................................... 5

I. Tipos de Balanzas: .................................................................. 6

II. Requisitos para el uso de una balanza y realizar una buena

pesada: ......................................................................................... 6

III. Determinación del error: ....................................................... 7

1. Error absoluto: ...................................................................... 7

2. Porcentaje de error: .............................................................. 7

IV. Determinación de la Densidad: ............................................. 7

PARTE EXPERIMENTAL ................................................................ 9

I. Determinación de la densidad de los líquidos ......................... 9

II. Determinación de la densidad de los sólidos......................... 11

CONCLUSIONES .......................................................................... 14

RECOMENDACIONES ................................................................. 15

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................. 16

CUESTIONARIO ........................................................................... 17


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INTRODUCCIÓN

La balanza es uno de los instrumentos más utilizados por personas

de todo el mundo: Cuando vamos al mercado a comprar el arroz,

pollo, papas utilizamos la balanza para medir la cantidad que

deseamos llevar.

Aunque todos creemos que el peso es lo mismo que la masa, no es

así. El peso es variable (la razón por la que cambia es por la

aceleración de la gravedad). En cambio la masa, en cualquier lugar

del universo en el que estemos, es invariable.

Ahora, si hablamos de masa también podremos llegar a otra

magnitud llamada DENSIDAD. La densidad es algo que no se

puede saber a simple vista pero se puede calcular con instrumentos

adecuados.

La presente practica pretende mostrar de una forma muy sencilla

cómo calcular el volumen de solidos de formas irregulares, al igual

que su densidad.


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MARCO TEÓRICO

El Universo está constituido por materia cuyas propiedades

principales son la masa y el volumen que ocupa.

Para determinar la masa de una cierta cantidad de materia, lo

comparamos con una masa conocida en un instrumento conocido

como la balanza y la operación respectiva se conoce como

“pesada”.

El peso de una misma masa de materia es variable, porque

depende de la atracción gravitatoria, sujeta a la variación geográfica

(altitud, latitud); mientras que la masa es una cantidad constante,

invariable en cualquier punto del universo.

W = mxg;

W = peso de la sustancia

m = masa de la sustancia

g = aceleración de la gravedad.

Como el peso de un cuerpo es directamente proporcional a la masa

y a la atracción gravitacional, al QUÍMICO le interesa solo la

determinación de la MASA, que resulta al comparar con otras

masas conocidas en una BALANZA.


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Se observará que la gravedad afecta exactamente a ambas MASAS

del mismo modo, de allí que en un mismo lugar la MASA y el PESO,

se usan como términos sinónimos. Considerando que la operación

de pesar es una actividad muy constante en el laboratorio; es

necesario conocer el uso adecuado de la balanza y los requisitos

para una buena pesada.

I. Tipos de Balanzas:

1. Balanzas que pesan con una aproximación de 0,1 g;

pueden ser de triple brazo o balanzas de brazos iguales.

2. Balanzas eléctricas digitales con aproximación al 0,01 g.

3. Balanzas analíticas digitales con un platillo, con una

sensibilidad de hasta 0,0001 g.

4. Balanzas electrónicas de un platillo de alta sensibilidad y

con mayor rapidez en la pesada.

II. Requisitos para el uso de una balanza y realizar una buena

pesada:

Las balanzas deben estar protegidas de la humedad, polvo o

gases corrosivos y su buen uso implica lo siguiente:

1. Debe estar colocada sobre una superficie sólida,

completamente horizontal y lejos de una corriente de aire.


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2. Deben estar equilibradas, esto significa que antes de pesa

debemos nivelarlas a cero.

3. Colocar la muestra, directamente en el platillo si es sólida y

no corrosiva, pero por lo general, dependiendo del tipo de

sustancia a manipular, se usa: luna de reloj, vaso

precipitado, papel, etc.

4. Cada vez que se coloque o saque una muestra, la balanza

debe estar equilibrada.

5. Al final de la pesada, dejar la balanza apagada y en la

posición correcta.

III. Determinación del error:

1. Error absoluto: Error abs = Vt – Ve;

Vt = Valor teórico (obtenido de la información bibliográfica).

Ve = Valor experimental (obtenido en la experiencia).

2. Porcentaje de error: % 𝑑𝑒 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 =𝑉𝑡−𝑉𝑒

𝑉𝑡. 100;

Donde el porcentaje de error puede ser positivo por defecto o

negativo por exceso.

IV. Determinación de la Densidad:

Densidad: Es la relación entre la MASA y el VOLUMEN de

una muestra. El valor de esta propiedad puede identificar a

una sustancia. La densidad de sólidos y líquidos se expresa

en g/mL o g/cm3, lb/pie3 y la densidad de los gases en g/L.


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Ejm. La densidad del agua a 4° es 1,00 g/cm3 = 1,00 g/mL = 62,4

Lb/pie3

Densidad relativa o peso específico: Es un número que

designa la relación de la MASA de un cuerpo y la MASA de

un volumen igual de la sustancia que se toma como patrón

(es adimensional).

La densidad de los sólidos y líquidos generalmente se

compara con la densidad del agua; para gases, el aire.

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 =𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜 𝑜 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑢𝑛 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 4°𝐶 (𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑎 1)

DENSIDADES DE ALGUNAS SUSTANCIAS ESCOGIDAS

Sustancia escogida Densidad (g/mL)

Aire .................................................................... 0,001

Madera .............................................................. 0,160

Agua .................................................................. 1,000

Sal de mesa ....................................................... 2,160

Hierro ................................................................. 7,900

Oro ................................................................... 19,320

Cobre ............................................................ 8,3 – 9,0

Aluminio ................................................................. 2.7


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PARTE EXPERIMENTAL

I. Determinación de la densidad de los líquidos

Determinación de la densidad del agua

1. Pesar una probeta graduada de 50 mL limpia y seca

(aproximación de 0,1g).

2. Añadir con una pipeta de 10 mL de agua y luego pesar

nuevamente.

3. Repetir la operación aumentando cada vez 10 mL, hasta

llegar a 30 mL, pesando en cada aumento de volumen.

4. Elaborar una tabla de resultados y hacer los cálculos

necesarios, y construir una gráfica con los datos de masa y

volumen.

Determinación de la densidad de muestras líquidas

Repetir la operación anterior pero ahora utilizando otra muestra

líquida.


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TABLA DE DATOS PARA LA RELACIÓN

M (g) / V (mL) PARA LÍQUIDOS

Muestra Volumen (mL)

del líquido Masa (g) de la

probeta Masa (g) de la probeta + Liq

Masa (g) del líquido

Relación g / mL

Agua (H2O)

10ml 124,4 g 135,6 11, 2 1,1

20mL 124,4 g 142,4 18,0 0,9

30mL 124,4 g 150,3 25,9 0,9

Sulfato de Cobre

(CuSO4)

10ml 124,4 g 160,5 36,1 3,6

20mL 124,4 g 159,0 70,7 3.5

30mL 124,4 g 154,3 100.6 3.4


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II. Determinación de la densidad de los sólidos

El volumen de un sólido se determina por desplazamiento de

un volumen de agua (Principio de Arquímedes).

1. En una probeta de plástico de 50 mL añadir 40 o 50 mL de

agua (leer con una aproximación de 0,1 mL). Anotar los

datos.

2. Pesar el sólido y colocarlo dentro de la probeta.

El nuevo volumen alcanzado menos el volumen original, es

el volumen de la muestra que se pesó. Repetir dos veces

más agregando más sólido.

3. Repetir la experiencia con otra muestra, tabular los datos y

hacer los cálculos correspondientes y las gráficas masa (g)

vs volumen (mL).

V2

Sólido de masa m1 V1

V sólido = V2 – V1


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TABLA DE DATOS PARA LA RELACIÓN

M (g) / V (cm3) PARA SÓLIDOS

Muestra Sólida

Volumen (mL) del H2O

Masa (g) del Sólido

Volumen (mL) del Sól. + H2O

Volumen (mL) del Sólido

Relación g / mL

Aluminio (Al)

50 2,7 51,0 1,0 2,7

50 2,8 51,0 1,0 2,8

50 3,1 51,1 1,1 2,8

Cobre (Cu)

50 4,2 50,5 0,5 8,4

50 3,7 50,5 0,5 7,4

50 11,0 51,3 1,3 8,4

Luego de observadas ambas tablas, se pueden observar los

siguientes resultados.

La densidad no varía con la masa.

La densidad es una propiedad intensiva. Por lo tanto, no

depende de la cantidad de materia.

La densidad es la relación masa/volumen de los cuerpos.

Por lo tanto, si varía la cantidad de masa, también varía su

volumen, por lo que la densidad siempre se mantiene

constante.

Por ejemplo si tienes 1000kg de plomo solido (un cubo por

ejemplo) y un cubito de 100gr van a tener la misma

densidad porque el volumen disminuye a la par de la masa.

Sin embargo, en estas tablas se observa que los valores de

la densidad ya dados en la información bibliográfica no

coinciden con los valores hallados en el desarrollo de estos

experimentos. Esto se explica con la incertidumbre que hay

la medición.

En toda medición, aún en las más cuidadosas, existe

siempre un margen de error y, aplicando la teoría de

incertidumbre, sabemos que el verdadero valor está en un

intervalo pequeño.

Y como podemos ver todos los valores hallados están muy

cerca entre ellos, al igual que se encuentran cercanos a los

valores ya establecidos.

→ Sabemos, por definición, que la densidad del agua es 1

g/mL pero en realidad eso es solo un número aproximado al

igual que nuestra medición.


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CONCLUSIONES

En la experiencia, concluimos que la balanza electrónica es mucho

más eficaz que la balanza de triple brazo y la granataria, ya que la

primera es mucho más precisa y esto sirve mucho para pesar cosas

muy pequeñas.

Al momento de hacer el trasvase de la pipeta hacia la probeta, el

volumen estaba variando cada vez que se hacia el trasvase por que

se desprendieron pequeñas gotas en cada proceso.

Entendimos que para calcular el volumen de un sólido (no importa

la forma que tenga) solo bastaba con echarlo a la probeta con

líquido (la variación de volumen obtenido luego, es el volumen del

sólido).

Mediante la tabla de datos pudimos calcular la densidad de los

sólidos (aluminio y cobre), usando la variación de volumen.


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RECOMENDACIONES

Finalizada la práctica de laboratorio y ya concluido el presente

informe, se podrían hacer una serie de recomendaciones para

mejorar las próximas experiencias dentro del laboratorio. Estas son:

Calibrar la balanza granataria antes de hacer las pesadas. El

no hacer esto nos puede dar muchos errores, aumentando aún

más la incertidumbre propia de toda medición.

Hay que procurar usar la balanza electrónica, ya que esta nos

dará la mayor precisión en la medida. Por otro lado, es más

práctica y sagaz a la hora de hacer mediciones.

Debemos limpiar la balanza de tal manera que nada interfiera

al momento de leer un resultado dado por esta.

Se sugiere verificar o calibrar la balanza cada vez que

hagamos las pesadas porque de repente pudimos descalibrarlo

durante la pesada anterior.

Cuando vayamos a pesar algo, debemos saber si el sólido es

corrosivo o no, porque si sí lo fuera, podría dañar el platillo y la

balanza quedaría deteriorada.

Al momento de medir el volumen de las muestras de aluminio y

cobre, debemos usar preferiblemente la probeta de plástico. Si

usamos la probeta de vidrio, podríamos dañarla y hasta podría

romperse cuando dejemos caer el objeto.


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BIBLIOGRAFÍA

http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad

http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Densidad_Concepto.htm

http://hyperphysics.phy-

astr.gsu.edu/hbasees/tables/density.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Balanza

Chang, Raymond. Química. Séptima edición. Editorial Mc Graw Hill.

México.

Whitten Kenneth. Química General. Edit MC Graw Hill.Tercera

edición.1992.

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http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/tables/density.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/tables/density.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Balanza


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CUESTIONARIO

1. Mediante un esquema de la balanza utilizada, indique las partes

más importantes y la sensibilidad.


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2. ¿Cuáles son las principales causas de error en la pesada y qué

diferencia hay entre precisión, exactitud y sensibilidad? Dé un

ejemplo en cada caso.

Causas de Error

La principal causa es cuando, al terminar de pesar en la

balanza, esta se descalibra.

Al utilizar una sustancia en una probeta y no limpiar

adecuadamente el recipiente dejando residuos, esto

provocará que en las siguientes sustancias por analizar se

altere la medición y, por consiguiente, aumente el margen

de error.

Si al pesar cierta sustancia, se puede presenciar

corrientes de aire las cuales pueden mover el brazo, hay que

tener cuidado pues esto también generaría un aumento en el

margen de error.

Fuerza Coriolis.- Se da por la rotación de la tierra,

anomalías gravitacionales las cuales se dan por usar la

balanza en lugares montañosos y al no calibrar la balanza

después de trasladarla de un lugar geográfico a otro.

Precisión

Se refiere a la dispersión del conjunto de valores

obtenidos de mediciones repetidas de una magnitud. Cuanto

menor es la dispersión mayor la precisión.


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Es importante resaltar que la automatización de diferentes

pruebas o técnicas puede producir un aumento de la

precisión.

Esto se debe a que con dicha automatización, lo que

logramos es una disminución de los errores manuales o su

corrección inmediata logrando obtener un margen de error

mínimo.

Exactitud

Nos indica que tan próximo está una medición del valor

real, debemos tener en cuenta que un instrumento será

preciso si la diferencia entre sus distintas mediciones es

mínima y un instrumento será exacto si las medidas

realizadas con él son todas muy cercanas al valor verdadero.

En términos estadísticos la exactitud está relacionada a

una estimación, si el sentido de esta es menor será más

exacta, teniendo en cuenta que se expresa mediante el error

absoluto el cual es la diferencia entre el valor experimental y

el valor verdadero.

Sensibilidad

Es el margen de error de la balanza, es la capacidad

que posee para poder diferenciar alteraciones de masas muy

pequeñas modificando el equilibrio del platillo.

La sensibilidad de la balanza utilizada fue de ± 0.1g.


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La exactitud indica los resultados de la proximidad de la medición con respecto al valor verdadero, mientras

que la precisión con respecto a la reproductibilidad de la medida.


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3. Con los datos obtenidos en el laboratorio determinar la densidad

de cada material, analítica y gráficamente. Compare estos

resultados con los valores teóricos, y determine en cada caso el

porcentaje de error.


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4. En las gráficas obtenidas para sólidos, y por interpolación encuentre el volumen de 10 g de cada muestra,

compare con el valor teórico y determine el porcentaje de error en cada caso.

Muestra solida Vol. (ml) H2O Masa (g) del

sólido

Vol. (ml) del sol.

+H2O

Vol (mL) del

solido Relación g/mL

Solido 1(Al) 50 2.65 51 1 2.65

Solido 2(Al) 50 2.8 51 1 2.80

Solido 3 (Al) 50 3.07 51.3 1.3 2.36

Solido1(Cu) 50 3.71 50.05 0.05 7.42

Solido2(Cu) 50 4.21 50.05 0.05 8.42

Solido3(Cu) 50 11.07 51.4 1.4 7.9


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DATO: Densidad (Al): 2,7 g/mL

Muestra 1(Al)

Relación g/mL: 2.65

Porcentaje de error: 2,7 −2,65

2,7. 100 = 1,85%

Muestra 2(Al)



2,7. 100 = −3,7%

Muestra 3 (Al)



2,7. 100 = 12,59%

DATO: Densidad (Cu): 8,96 g/mL

Muestra 1 (Cu)



8,96. 100 = 13,47%

Muestra 2 (Cu)



8,96. 100 = 6,02%

Muestra 3(Cu)

Relación g/mL: 7.9

Porcentaje de error: 8,96 −7.9

8,96. 100 = 11,83%


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5. Calcular la densidad experimental y el porcentaje de error de

una pieza de plomo cuya masa es 100,1 g que sumergida en

una probeta aumenta el nivel del H2O en 9,1 mL.

Pieza de Pb

Masa: 100,1 g

Vol.: 9,1 mL

Densidad experimental: 100,1

9,1= 11 𝑔

𝑚𝐿


11,3. 100 = 2,65%

6. ¿Cuántos g de Pb hay en el mismo volumen que ocupan 50 g de

Au? (DAu = 19,3 g/mL y DPb = 11,3 g/mL)

DAu= 19,3 g/mL

DPb=11,3 g/mL

𝑑 = 𝑚𝑣⁄

19,3 =50

𝑣→ 𝑣 = 2,59

∴ 𝑚2 = 11,3.2,59 → 𝑚2 = 29,26


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