UNIVERSIDAD PERUANA DE INTEGRACIÓN GLOBAL
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: QUIMICA GENERAL
LABORATORIO No. 01: Densidad de Sólidos y Líquidos.
I.OBJETIVOS
Determinar la densidad de Sólidos (Cu, Zinc, Plomo).
Determinar la densidad de Líquidos (Agua, Metanol).
Determinar la densidad de Soluciones Acuosas (Cloruro de Sodio).
Discutir, a partir de los resultados experimentales, cuál de los métodos es el más exacto para medir la densidad de sólidos y líquidos.
II.FUNDAMENTOS TEÒRICOS
2.1. DENSIDAD
La densidad es una propiedad intensiva y su valor depende de la temperatura y de la presión. . Se define como la masa ó peso (w) de una sustancia presente en la unidad de volumen (V):
Se acostumbra a expresar la densidad de los líquidos y sólidos en g/mL (g/cm3) y la densidad de los gases en g/L.
La densidad de los sólidos y líquidos se mide de manera similar. En este caso se emplearán tres métodos: el del picnómetro, el de la probeta y el del principio de Arquímedes. Es necesario tener en cuenta la temperatura porque ésta influye en el valor de la densidad: a medida que aumenta la temperatura, la densidad del líquido se hace ligeramente menor.
Un picnómetro (figura 2.1) es un pequeño frasco de vidrio de volumen exacto y conocido (Vp). Se pesa vacío (wp), luego se llena completamente (incluído el capilar) con el líquido cuya densidad se desea determinar y finalmente se pesa (wpl). Con estos datos se puede calcular la densidad del líquido como:
Figura 2.1 Picnómetro
Soluciones
Una solución es una mezcla homogénea de dos o más componentes. A aquél componente que se encuentra en mayor cantidad se conviene en llamarlo solvente y a los demás solutos. Cuando uno de los componentes es el agua, entonces la solución se denomina acuosa y el solvente es el agua. Cuando la solución tiene únicamente dos componentes se llama binaria.
La concentración de un soluto en una solución es la cantidad relativa del soluto con respecto a una determinada cantidad de solvente o de solución. Una de las formas más usadas para expresar la concentración es el porcentaje peso a peso que se calcula como:
Así por ejemplo, una solución de NaCl de concentración 2.5% p/p indica que por cada 100 g de la solución hay 2.5 g de NaCl. La densidad de una solución acuosa se mide del mismo modo como se mide la densidad de un líquido puro.
2.2. PRINCIPIO DE ARQUIMIDES
Arquímedes (287-212 A. C.) se inmortalizó con el principio que lleva su nombre, cuya forma más común de expresarlo es:
“Todo sólido de volumen V sumergido en un fluido, experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del fluido desalojado”.
Se cuenta que Arquímedes descubrió el principio tratando de determinar si el oro de una corona que había encargado Hierón, rey de Siracusa había sido parcialmente reemplazado por cobre o plata, metales más baratos. Dice la leyenda que el principio le vino a la mente mientras se bañaba, lo que le produjo tal exaltación que, sin ponerse la ropa, corrió por las calles gritando EUREKA. Probablemente Arquímedes pensó que si la corona y otro lingote de oro puro de peso idéntico se arrojaban al agua deberían desplazar el mismo volumen de líquido. Sin embargo, durante la investigación encontró que aunque el lingote de oro y la corona pesaban lo mismo en el aire, al sumergirlos en agua la corona pesaba menos que el lingote y por consiguiente la corona era menos densa y ocupaba más volumen. ¡La corona no era de oro puro!
La determinación de la densidad de sólidos por el principio de Arquímedes consiste en determinar el empuje (E), el cual se halla realizando la diferencia entre el peso del sólido en el aire (ws) y el peso aparente del sólido sumergido en el líquido (wa). El volumen del líquido desalojado corresponde al volumen del sólido sumergido.
E = wdes = ws - wa = V . dL
donde wdes es el peso de líquido desalojado, V el volumen del sólido y dL la densidad del líquido.
III.PARTE EXPERIMENTAL
MATERIALES Y EQUIPOS
Balanza Analítica
Densímetro
Termómetro
Pipeta
Probeta
Vaso de Precipitados
Piceta
Espátula
REACTIVOS
Agua destilada (H2O)
Metanol (CH3OH)
Cloruro de Sodio (NaCl)
Plomo (Pb)
Zinc (Zn)
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
3.3.1. Determinación de la densidad por el método del picnómetro
Se usará el picnómetro para medir la densidad de cada líquido. Enjuague primero el picnómetro con un poco del líquido de interés antes de llenarlo. La densidad se calcula por medio de la ecuación 2.1.
Temperatura del líquido (T): __________ ºC
Peso del picnómetro vacío (wp): __________ g
Volumen del picnómetro (Vp): __________ mL
Anote los demás datos en la tabla 3.1.
3.3.2. Determinación de la densidad por el método de la probeta
Sólidos:
En una probeta vacía y seca, agregar alrededor de 20 mL de agua destilada (Vo). Luego, agregar la muestra sólida (Zinc ó Plomo) previamente pesada en la balanza analítica (w). Ahora, se anota el volumen final (Vf). La diferencia (Vf - Vo) corresponde al volumen del sólido.
Entonces, la densidad del sólido será:
Figura 3.1 Método de la probeta
Líquidos:
Se pesa la probeta vacía y seca (wo), enseguida se llena con V = 5.00 mL del líquido problema y luego se pesa todo el conjunto (wf). La diferencia wf - wo corresponde a la masa del líquido.
Entonces, la densidad del líquido será:
Temperatura del líquido (T): __________ ºC
Peso de la probeta vacía (wo): __________ g
Figura 3.2 Método de la probeta
Tabla 3.1 Datos obtenidos con el picnómetro y la probeta
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Método del picnómetro
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Método de la probeta
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Líquido
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wpl (g)
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wpl- wp (g)
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wf (g)
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wf - wo (g)
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Agua
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Metanol
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3.3.3 Determinación de la densidad por el principio de Arquímedes
Se pesa un vaso de precipitados parcialmente lleno con uno de los líquidos problema (wb). Luego se ata un sólido de densidad conocida (sugerencia: Cu) con un hilo delgado y se suspende en el vaso de precipitados con el líquido tal como se indica en la figura 3.3. Procurar que el sólido no toque las paredes del vaso. Se obtiene el peso del sistema y se anota su peso como wT.
La densidad del líquido se puede calcular con ayuda de la siguiente ecuación:
donde dS corresponde a la densidad del sólido (d Cu = 8.96 g /cm3) y wS a su peso.
Figura 3.3 Principio de Arquímedes
Tabla 3.2 Datos obtenidos con el principio de Arquímedes
Sólido de referencia: __________
Líquido
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wT (g)
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wb (g)
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E = wT - wb (g)
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Agua
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Metanol
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3.3.4 Determinación de la densidad de soluciones
La densidad de una solución se puede medir utilizando cualquiera de los métodos antes descritos para líquidos puros. Se seleccionará el método de la probeta.
La siguiente solución será preparada por el Profesor y se repartirá entre todos los equipos:
Se pesan 50.00 g de NaCl y se añaden a un balón volumétrico de 250 mL. Luego se adiciona agua desionizada y se agita hasta que todo el sólido se haya disuelto completamente. En seguida se añade más agua desionizada hasta el aforo. De esta solución se reparten 20.00 mL a cada equipo.
Determinar el peso de 5.00 mL de la solución de NaCl utilizando la probeta. A partir de este momento se debe pesar en balanza digital. Luego diluír la solución en la probeta añadiendo 1.00 mL más de agua desionizada y determinar de nuevo el peso de la solución (wf ). Repetir el procedimiento otras seis (6) veces pesando la solución en cada caso.
wprobeta = wo= __________ g
wSLN = wf - wo
dSLN = WSLN / V
Tabla 3.3 Densidad de soluciones de NaCl
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Resultados
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Solución de NaCl
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Volumen, V
(mL)
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Peso final
wf (g)
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wSLN =
wf - wo (g)
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dSLN
(g/mL)
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porcentaje p/p (%)
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1
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5.00
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2
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3
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4
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5
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6
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7
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8
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IV.CUESTIONARIO
Un recipiente de vidrio pesa 25.60 g estando vacío y 35.55 g cuando se llena con agua a 20 ºC. La densidad del agua a esta temperatura es de 0.998 g/cm3. Cuando se colocan 10.20 g de municiones de plomo en el recipiente y se llena éste nuevamente con agua a 20 ºC, resulta un peso total de 44.83 g. ¿Cuál es la densidad del plomo?
Un picnómetro vacío pesa 12.0 g y tiene un volumen de 5.00 mL. Se introducen 3.45 g de un sólido desconocido y el picnómetro se acaba de llenar completamente con un liquido de densidad 1.47 g/mL. La masa final del picnómetro con el sólido y el líquido es de 20.9 g. ¿Cuál es la densidad del sólido?
¿Qué peso de plomo ocupará el doble del volumen de 10.2 g de etanol?
Si 15.3 g de limaduras de hierro se colocan en un cilindro graduado de 25.0 mL, calcular la masa de benceno de densidad 0.879 g/mL que se requiere para llenar el cilindro hasta la marca de 25.0 mL?
¿La densidad sirve como criterio para establecer la pureza de un líquido?
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