Disoluciones, diluciones y densidad - McGraw

Unidad
9
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ill.
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Disoluciones,dilucionesydensidad
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.m
cg
ra
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En esta unidad aprenderemos a:
Y estudiaremos:
•Disoluciónysuscomponentes.
•Concentracióndelasdisoluciones
ysuexpresión.
•Disolucionessaturadas
ysobresaturadas.
•Diluciones.
•Densidad:concepto
yexpresiónmatemática.
•Definirelconceptodedisolución
ydeterminarsusconceptosytipos.
•Preparardisolucionessegún
lasformasdeconcentración.
•Preparardiferentestipos
dediluciones.
•Expresareldatodedensidad
absolutamatemáticamente
ydiferenciarentredensidad
absolutayrelativa.
•Determinarladensidaddesólidos
ylíquidos.
•Utilizareldensímetropara
medirdensidades
delíquidos.
Disoluciones,dilucionesydensidad
1. Disolución y sus componentes
Toma nota
Enlasdisolucionespuedehaber
másdeunsolutopero,unavez
quelamezclaestáhomogeneizada,nosedistinguensuscomponentes.
Unadisolucióneslamezclahomogéneadedosomássustancias.
Ladisoluciónmássencillaestáformadaporlamezcladedoscomponentes:elcomponenteenmayorproporciónsellamadisolventeyelcomponenteenmenorproporción
sellamasoluto.Lasdisolucionessenombrancitandoenprimerlugarelsolutoyensegundolugar,eldisolvente.Ejemplo:salenagua.
Cuandosetratadesolutoydisolventessólidossesueleempleareltérminodemezcla
homogénea (nosepuedendistinguirsuscomponentes)enlugardeltérminodisolución,
quesereservaparamezclasdesólidoylíquidoolíquidoylíquido(lasmásutilizadas
enFarmacia).
a) Mortero con pistilo.
Lahomogeneizacióneselprocesousadoparaconseguirquenosediferencienloscomponentesdeunadisolución.Enlaprácticafarmacéuticaesteprocesosellevaacabo
segúnelestadofísicodeloscomponentesdeladisolución(Figs.9.1y9.2).
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Disolvente
Soluto
Sólido
Polvospédicos
Líquido
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b) Mezcladora.
Gas
Arcilla
Alcohol70ºC
Nebulización
Hidrógenoenpaladio
Bebidasgaseosas
Aire
Características
EsteeseldisolventemásutilizadoenFarmacia.Esinsípida,inodora,
incolora,nopresentaactividadfarmacológicaynoesirritante.Descrita
enRFE.
Isopropanol
Estedisolventeestóxicoporvíaoralysoloseusaporvíatópica.
Glicerina
Productomuyviscosoqueledaconsistenciaalasdisolucionesyes
miscibleconaguayetanol.Tambiénesunconservantenotóxicopor
víaoral.
Propilenglicol
Productoquesemezclaconagua,acetona,etanolyglicerinapara
utilizarseenalimentaciónycosméticos.
Polietilenglicoles(PEG)
Polímerosdeaguayóxidodeetileno.Sonhigroscópicos,solubles
enagua,alcohol,glicerinayacetona.
Sorbitol
Líquidoincoloro,deconsistenciasemejantealaglicerina,queposee
sabordulceyseusacomoedulcorante.Esmiscibleconaguayalcohol.
Dimetilsulfóxido
Estedisolventeseusaparadisolversustanciasinsolublesenagua.Solo
seempleaparausoexterno.
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Etanoloalcoholetílico
Elalcoholde96ºC,tambiénllamadoalcoholde95ºCoalcohol
oficinal,eselmásusadoenlaformulaciónmagistral.Esmisciblecon
aguayotrosalcoholesyesunexcipientededeclaraciónobligatoria.
Elalcoholabsolutode99%esmuyhigroscópicoynoseutiliza.El
de70ºCeseldemayorpoderantiséptico.
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Humo
Disolvente
a) Vaso de precipitados con varilla.
Fig. 9.2. Si hay algún componente
líquido, la disolución se realiza bien de
forma manual, en vaso de precipitados
con varilla (a) o matraz aforado,
o bien con agitador magnético (b).
Gas
Tabla 9.1. Ejemplos de mezclas de sustancias y aplicaciones.
Aguapurificada
b) Agitador magnético.
Líquido
Suerosalino
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cg
Fig. 9.1. Si los componentes
de la disolución son sólidos, la
homogeneización se realiza
mediante mortero con pistilo (a) o con
mezcladora del tamaño adecuado (b).
Sólido
Tabla 9.2. Disolventes de uso frecuente en Farmacia.
Disoluciones,dilucionesydensidad
2. Concentración de las disoluciones
y su expresión
Laconcentraciónexpresa,cuantitativamente,laproporción de solutoenladisolución.
Esteconceptosepuedeexpresardediferentesmaneras.
2.1. Expresión en porcentaje
9
Claves y consejos
Loslíquidossepesanenvasode
precipitadosomatrazEnlermeyer
previamentetarados.Sisonmuy
densos,espreferiblehacerloen
vasodeprecipitadosparafacilitarsusalida.
Ladisoluciónexpresadaenporcentajepartedequelacantidadtotaldeladisolución
son100 partesylacantidaddesolutoesunaporcióndeellas(partesdesolutoen
100 partesdedisolución).Serepresentaconelsímbolo%.
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Laconcentraciónentantoporcientosepuedeexpresar,asuvez,detresmaneras:
a) Peso/peso(p/p);b) Peso/volumen(p/v);c) Volumen/volumen(v/v).
A. Peso/peso
Elsolutoyeldisolventesemidenenunidades de masa,aunqueamboscomponentes
pueden ser sólidos o líquidos.Así,sitenemosunadisolucióndeconcentraciónal3%
significaque,delas100partesdedisolucióntotal,trespartessondesoluto.
Práctica de laboratorio 1
EnFarmacia,lasunidades de
masa más utilizadassongymg.
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Parahacerestamediciónsepuedeemplearcualquierunidaddemasa,siemprequesea
lamismatantoparaelsolutocomoparaeldisolvente.
Toma nota
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Preparación de una mezcla de soluto y disolventes sólidos
con expresión en % p/p: 140 g de paracetamol en lactosa
al 5 % .
Cálculos:
• Paracetamol:5/100=x/140;x=7g
• Lactosa:140–7=133g
w
w
Fundamento:preparacióndemezclahomogéneadedos
Técnica:
sustanciassólidas(paracetamolylactosa).
1. Ponerpapeldefiltroenlamesayprepararelmaterial
Material:
quesevaanecesitar,asícomolasdossustancias.
–Vidrioderelojyvasodeprecipitados.
2. Pesarlos133gdelactosaenvasodeprecipitados.
–Morteroconpistiloomezcladoradepolvos.
3. Pesar7gdeparacetamolenunvidriodereloj.
–Espátulasdemetal.
–Paracetamol.
4. Ponerenelmorteroelparacetamolprimero(porserla
sustanciaprincipal)ydespuéslalactosa.
–Lactosa.
Elparacetamolesunpolvoblancodeacciónanalgésica,antipiréticayantiinflamatoria.Lalactosaesun
excipientededeclaraciónobligatoria,blancoypulverulento.
5. Mezclarconelpistiloayudándonosconunaespátula
hastaqueesténperfectamentemezclados.
Observaciones:losproductoselegidosdebenserlosadecuadosylamezcladeberealizarseconcuidadoparano
confundirlos.
Caso práctico 1
El jefe del laboratorio farmacéutico donde trabaja Cristina
le ha pedido que calcule la cantidad de soluto y disolvente
que hay en ¼ kg de una mezcla de almidón de maíz en
agua al 8 % p/p. ¿Qué cálculos debe hacer?
Solución:
a) Cantidaddealmidóndemaíz:8·250/100=20gde
almidón.
b) Cantidaddeagua:250–20=230gdeagua.
121
9
Disoluciones,dilucionesydensidad
B. Peso/volumen
Claves y consejos
Lacantidaddesolutoseexpresaenmasa (g)ylacantidadtotaldedisoluciónseexpresaenvolumen (l)(sepuedenusarlosmúltiplosysubmúltiplosdegyl).Así,unaconcentraciónal3%significaquehay3partesdesolutoexpresadasenunidadesdemasay
hasta100partesdedisoluciónexpresadasenvolumen.
Noolvidesponerlasunidades
correspondientesalahorade
hacerloscálculos.Asíevitarás
errores.Porejemplo:2,5gde
sacarosaen100mldedisolución.
Lapreparacióndedisolucionesp/vrequiereelusoderecipientesquemidanvolúmenes
deformaexacta,porloquedebenutilizarsesiempre matraces aforados.
Caso práctico 2
A Cristina le han pedido que calcule la concentración en % p/v de la disolución preparada al disolver 3 g de un soluto en agua suficiente para completar 150 ml de solución. ¿Cuál será el resultado?
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Solución:
Cristinatendráquellevaracabolasiguienteoperación:3·100/150=2.Porlo
tanto,elresultadoserá2g%p/v.
Práctica de laboratorio 2
4. Ponerelclorurosódicoenelotrovasodeprecipitados
yañadirunpocodeaguapurificadaparadisolverel
Fundamento:mezcladeproductosólido(NaCl)conagua
NaCl.
detalformaquenosediferenciensuscomponentes.
5. Pasarestamezclaalmatrazaforadode250mlconla
ayudadelembudo.
La sal común o cloruro
6. Agitarlamezclasuavementeporinversiónhastaquese
disuelva.
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sódico es un sólido en
formadecristalescúbicostransparentes,sabor
saladoymuysolubleen
agua.
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Preparación de 250 ml de disolución al 0,9 % p/v de NaCl.
7. Añadiraguahastaelcuellodelmatrazyagitar.
8. Enrasarconaguahastaelaforodelmatraz.
Material:
–Pipetagraduadade5ml.
–Matrazaforadode250ml.
contapón.
–Aguapurificada.
w
–Espátulademetal.
–Vasodeprecipitados.
–Clorurosódico.
–Embudo.
–Vidriodereloj.
w
Observaciones:elsuerosalinoofisiológicotambiénseexpresacomoNaClal9º/00p/v.
Claves y consejos
Recuerdaquelapartecurvadelmeniscodelenrasedeun
líquidoenunmatrazaforadodebecoincidirconlamarca
delaforodelmatraz.
Cálculos:
Enrase
• Clorurosódico:0,9/100=x/250;x=2,25g
• Agua:hasta250mldedisolución.
Técnica:
1. Pesar2,25gdeNaClenelvidrioderelojconlaayuda
delaespátula.
Menisco
2. Poneraguapurificadaenelvasodeprecipitados.
3. Ponerclorurosódicoenelmatrazaforadoconlaayuda
delembudoyunpocodeaguapurificada.
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Fig. 9.3. Enrasado del matraz.
Disoluciones,dilucionesydensidad
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C. Volumen/volumen
Elsoluto,eldisolventeylacantidadtotaldeladisoluciónsemidenenvolumen,generalmenteenml,ytantoelsolutocomoeldisolventedebenserlíquidos.Ladiferencia
entrelacantidadtotaldedisoluciónyladesolutoserálacantidaddedisolventequese
debeañadiralsoluto.
Actividades
4. Parapreparar½litrodealmidónal40%p/v,¿qué
cantidaddealmidónsenecesita?¿Ydeagua?
5. Calculalacantidaddesolutoydeaguaquesenecesitaparapreparar150mldedisoluciónal15%v/vde
ácidoacético.
ra
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2. En½kgdedisoluciónal12,5%p/pdeglicerinaen
agua,¿quécantidaddeglicerinalleva?¿Ydedisolvente?¿Cuáleselsoluto?
3. En250gdeunadisoluciónal23%p/pdesacarosa
enalmidón,¿cuáleslacantidaddesoluto?¿Ylacantidadtotaldedisoluciónpreparada?
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1. Especificacuálessonelsolutoyeldisolventeenlas
siguientesdisoluciones:
a) Disolucióndeclorurosódicoenalcohol.
b) Disolucióndecloruropotásico.
c) Disolucióndeglicerina.
d) Mezcladeparacetamolentalco.
Caso práctico 3
Solución:
w
.m
cg
A Cristina le piden en la farmacia en la que trabaja que
prepare 150 ml de glicerina en agua al 2 %. ¿Qué cantidad
de glicerina necesita? ¿Y de agua?
Paraaveriguarlacantidaddeglicerinaquenecesita,tendráquerealizarestoscálculos:
2·150/100=3 ml
Porlotanto,lacantidaddeaguaquenecesitaes:
w
w
150–3=147ml
Práctica de laboratorio 3
Preparar 200 ml de una disolución de lejía en agua al 5 %
v/v.
Fundamento:lalejíadiluidaseusaparalalimpiezade
materialdevidriodelaboratorio,comolosportaobjetos.
Material:
–2vasosdeprecipitadosde
250ml.
–Matrazaforadode100ml.
–Embudo.
–Aguapurificada.
–2pipetasde10ml.
–Matrazaforadode
50 ml.
–Varilladevidrio.
–Lejíacomercial.
Cálculos:
Técnica:
1. Medirlos10mldelejíaconunapipetade10mly
ponerenunvasodeprecipitadosde250ml.
2. Medirlos190mldeaguaenelsegundovasodeprecipitadosdelasiguienteforma:medir100mldeagua
conelmatrazaforadode100mlyecharenelvasode
precipitados.Medir50mldeaguaconmatrazaforado
de50mlyañadiralvaso.Porúltimo,medir40mlde
aguaconpipetade10mlyañadiralvaso.
3. Añadirelaguaalvasodeprecipitadosquecontiene
lejíayagitarconvarilladevidrio.
•Lejía:5·200/100=10ml •Agua:200–10=190ml
123
9
Disoluciones,dilucionesydensidad
Práctica de laboratorio 4
Esta práctica consiste en preparar 150 g de almidón de
maíz en agua al 3,5 % p/p.
Cálculos:
Material:
1. Pesar5,25gdealmidónenvasodeprecipitadosde
250 mlypesar144,75gdeaguapurificadaenelotro
vasode250ml.
• Cantidaddealmidón:3,5/100=x/150=5,25g
Fundamento: sepreparaunamezcladeunproductosólido • Cantidaddeagua:150–5,25=144,75g
(almidóndemaíz)yundisolventelíquido(agua)expresaTécnica:
dosambosenpeso.
–Varilladevidrio.
–Almidóndemaíz.
–Agua.
Elalmidón de maízesaptoparaenfermoscelíacosy
sustituyealaharinadetrigoenlaelaboraciónde
alimentos.
2. Añadirelaguapesadaalalmidónyagitarconlavarillahastasutotaldisolución.
Observaciones:elalmidóndemaízessolubleenagua
fría.Siseutilizaaguacaliente,seformaunengrudoinsoluble.Elaguadebeañadirselentamentemientrasseagita,
parafavorecerladisolución.
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ill.
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–Espátula.
–Dosvasosdeprecipitados
de250ml.
Práctica de laboratorio 5
Cálculos:
ra
w
Preparar 500 ml de sulfato de cobre al 0,1 % p/v.
Fundamento:elsulfatodecobredisueltoenaguaseusa • Sulfatodecobre:0,1·500/100=0,5g
comoantisépticodérmico.
• Agua:hasta500ml
Material:
–Matrazaforadode500ml.
–Sulfatodecobre.
w
.m
cg
Técnica:
2.Añadir80mldeagua,aproximadamente,ydisolveragitandoconlavarilla.
–Vasodeprecipitados.
–Embudo.
w
–Vasodeprecipitadosde100ml.
w
–Aguapurificada.
–Varilla.
1.Pesarelsulfatodecobreenelvasodeprecipitadosde
100ml.
3.Pasarestamezclaalmatrazaforadode500mlconun
embudo.
4.Añadir50mldeagua,aproximadamente,alvasoque
conteníaelsulftatodecobre.Agitarconlavarillayañadiralmatrazde500ml.Mezclaryenrasarconagua.
Práctica de laboratorio 6
Preparación de 80 ml de disolución al 15 % v/v de glicerina.
Cálculos:
Fundamento:sepreparaunamezcladeglicerinayagua, • Cantidaddeglicerina:15/100=x/80;x=12ml
ambasmedidasenunidadesdevolumen.
• Cantidaddeagua:80–12=68ml
Material:
Técnica:
–Dospipetasde10ml.
1.Ponerenunvasodeprecipitadoslos12mldeglicerina
conayudadeunapipetade10ml.
–Dosvasosdeprecipitadosde250ml.
–Matrazaforadode50ml.
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–Ácidoacéticocomercial.
2.Añadirlos68mldeaguamedidosconunmatrazaforadode50mlyunapipetade10ml.
–Agua.
3.Mezclarconvarilladevidrio.
Disoluciones,dilucionesydensidad
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2.2. Expresión en moles
Lamolaridad (M)eselnúmerodemolesdesolutoquehayen1litrodedisolución.Se
expresadelasiguienteforma:
M=
Soluto(g)/Masamolecular
Claves y consejos
Lamasadeunmoldemoléculas
decualquierelementoesigualal
valor de su masa molecular
expresadoengramos.
Volumen(l)
Moleslamasamoleculardeunamoléculaexpresadoeng.Elnúmerodemolesquehay
enunadeterminadacantidaddesustanciasecalculadividiendolamasadelasustancia
entresumasamolecular:
Elemento
Símbolo
Peso atómico
Elemento
H
1,01
Hierro
Oxígeno
O
16
Cobre
Sodio
Na
23
Níquel
Cloro
Cl
35,5
Boro
Azufre
S
32,1
Yodo
Nitrógeno
N
14
Cinc
Fósforo
P
30,9
Carbono
Potasio
K
Magnesio
Mg
Calcio
Ca
Símbolo
w
.m
cg
Peso atómico
Fe
55,8
Cu
63,5
Ni
58,7
B
10,8
ra
w
Hidrógeno
-h
ill.
es
N.ºdemoles=masa(g)/masamolecular
I
126,9
Zn
65,4
C
12
39,1
Manganeso
Mn
54,9
24,3
Cromo
Cr
52
40,1
Aluminio
Al
27
Importante
Elpatróndemoleselnúmerode
átomosqueestáncontenidosen
12gramosdecarbonodemasa
isotópica12(C12).
Elnúmerodepartículasdeuna
sustanciacontenidasenunmol
dedichasustanciasedenomina
número de Avogadro,yelvalor
másexactoqueseconocedeél
es6,0221367·1023.
Porejemplo:unmoldeelectrones
contiene6,0221367·1023electronesyunmoldemoléculasde
aguacontiene6,0221367·1023
moléculasdeagua.
Tabla 9.3. Pesos atómicos de los elementos químicos de uso frecuente.
w
2.3. Expresión en normalidad
w
Lanormalidad (N)eselnúmerodeequivalentesgramodesolutoenunlitrodedisoluciónyseexpresaasí:
N=
masasoluto(g)/(masamolecular/valencia)
Volumendisolución(l)
Elnúmerodegramosdesolutodivididoentresupesomoleculareselnúmero de moles;
elnúmerodemolesdivididoentrelavalenciaeselnúmero de equivalentes químicos.
2.4. Expresión en partes por millón
Estaexpresiónseutilizaparamedirloselementosencantidadesmuypequeñaspresentes
enunamezcla.Estoselementossellamantrazasyseexpresanconlaabreviaturappm:
1ppm=1µg/g,1mg/kgo1mg/l(paraagua)
Tambiénsepuededefinircomolacantidaddemateriacontenidaenunapartesobrante
sobreuntotaldeunmillóndepartes.
Actividades
6. Calculalaexpresiónen
molesdeunadisolución
de 35 g de NaOH en
250 mldeaguaaplicandolafórmuladelamolaridad.
7. Calculalanormalidadde
unadisoluciónquecontiene15gdesosaenmedio
litrodeagua.
8. Expresaenppmlacantidaddesolutode1litrode
sulfatodecobre0.25 M.
125
9
Disoluciones,dilucionesydensidad
3. Disoluciones saturadas y sobresaturadas
Dudas frecuentes
Unadisolución saturadaesaquellaenlaqueestádisueltalamayorcantidadposibledesolutoaunaciertatemperatura.
UnadisoluciónsaturadadeNaCl
esaquellaquecontiene37,5g
disueltosen100gdeaguaa
20 ºC,ysepreparaañadiendo
sal al agua hasta que ya no
admitemássoluto.
¿Cuándopasaríaestadisolución
asersobresaturada?Cuando,al
añadirsalalagua,precipitay
quedaenelfondo.
Unadisolución sobresaturadaesaquellaquecontienetalcantidaddesolutoque
esteprecipitaaunqueseasolubleeneldisolvente.
4. Diluciones
-h
ill.
es
Lasolubilidaddependedelatemperatura,deformaque,engeneral,amayortemperatura,máscantidaddesolutoadmiteladisolución.
Unadiluciónesunadisolucióndemenorconcentraciónqueaquelladelaque
partimos.Ladisolucióndepartidasellamadisolución madre.
Vi·Ci=VF·CF
w
.m
cg
Fig. 9.4. Disoluciones con distintas
concentraciones de soluto: la más
concentrada aparece a la derecha
(con el color más intenso) y las más
diluidas, a la izquierda.
ra
w
Lafórmulaparacalcularquécantidaddesoluciónmadreydeaguasenecesitanpara
prepararunadilucióndeterminadaeslasiguiente:
Elsubíndiceiindicadisolucióninicial,lamásconcentrada;elsubíndice F significadisoluciónfinal,lamenosconcentradaodiluida.Así,tenemos:
Vi =volumendeladisoluciónmadrenecesario.
Ci=concentracióndeladisoluciónmadre.
VF=volumenquesedeseapreparardeladisoluciónfinalodiluida.
CF=concentracióndeladisoluciónfinalodiluida.
w
w
Otraformadeexpresarunadilucióndeunadisoluciónesmedianteunafracción,siendo
eldenominadorBlacantidadtotaldedisoluciónquevamosaprepararyelnumerador
A,lacantidaddeladisoluciónmadrequehayquecoger.Así:
Denominador – Numerador = cantidad de agua necesaria
Actividades
9. Sideseopreparar50mldesulfatodecobreal0,1%partiendodeunadisolución de sulfato de cobre al 5%, ¿qué cantidad debo coger de la solución
madre?
10. Enunadilucióna1/8,¿el1representaelsolutooeldisolvente?¿Yel8?
11. Completaelsiguienteenunciado:
Parapreparar50mldeglicerinadiluidaal3%senecesitan
mldeagua.
glicerinapuray
mlde
12. Observalafiguradelaizquierda.Setratadeundisolucióndeazuldemetilenoal
5%.Realizaloscálculosnecesariosparapreparar60mldesolucióndeazulde
metilenoal3%partiendodeestadisolución.
126
Disoluciones,dilucionesydensidad
9
Práctica de laboratorio 7
En esta práctica se van a preparar 50 ml de disolución de sacarosa al 3 % p/v partiendo de una disolución de sacarosa a 20 % p/v.
Fundamento:ladisolucióndesacarosaal20%sellamadisoluciónmadreoinicial
porqueeslamásconcentrada.Ladisolucióndesacarosaal3%esladiluidao
final.
Material:
–Pipetas.
–Vasosdeprecipitados.
–Matrazaforadode50ml.
Cálculos:
Cieslaconcentracióndeladisoluciónquetenemos,20%.
-h
ill.
es
AplicandolafórmulaVi·Ci=VF·CFobtenemoslosiguiente:
Vieselvolumendeesadisoluciónquetenemosquecoger(eldatoquetenemos
quecalcular).
VFeselvolumenquedeseamosdeladisolucióndiluida,50ml.
ra
w
Portanto:20·Vi=50·3
Despejando:Vi=50·3/20=7,5mldesacarosaal20%yañadimoshasta50 ml
deagua.
Caso práctico 4
w
.m
cg
Técnica:coger7,5mldelasoluciónmadreconunapipetaycolocarenelmatraz
aforadode50ml.Finalmente,añadirelvolumendeaguanecesariohastael
enrase.
w
w
Miguel está trabajando en el laboratorio de farmacia y tiene que despejar la
siguiente incógnita: necesita calcular el
volumen de solución madre necesario,
cuya concentración es 3 %, para preparar 90 ml de solución diluida, cuya concentración deseamos que sea de 2 %.
Solución:
Parahacerestecálculohayqueaplicar
lasiguientefórmula:Vi·Ci=VF·CF.
Sustituyendo,quedalosiguiente:Vi·3=
=90·2.Despejandoahoraelvolumen
inicialodelasoluciónmadre,queda
Vi=180/3=60ml.
Elresto,hastalos90mlquehayque
preparardesolucióndiluida,esagua.
Esdecir,Migueltendráquemezclar
60 mldesoluciónmadrey30mlde
agua.
127
9
Disoluciones,dilucionesydensidad
5. Densidad: concepto y expresión matemática
Importante
LadensidadseexpresaenunidadesdelSistemaInternacional(SI),
enkg/dm3y,másfrecuentemente,eng/cm3og/ml.
Lassustanciasconmenordensidadflotaránencimadelassustanciasconmayordensidad,
comoeselcasodelaceiteenel
agua.
Ladensidaddeuncuerpo(r)eselresultadodeladivisiónentresumasayelvolumenqueocupa:r=m/V
Podemosconocerlamasaoelvolumendeunasustancia,sisabemossudensidad(r),
mediantelassiguientesfórmulas:
r=m/V V =m/r m =V ·r
-h
ill.
es
Ladensidaddeunasustanciaobtenidaaldividirsumasaentreelvolumenqueocupa
sedenominadensidad absoluta;sirelacionamosladensidadabsolutaconladeotra
sustanciaquetomamoscomoreferencia,entoncesrecibeelnombrededensidad relativa o peso específico.
Lasustanciahabitualdereferenciaeselagua,consideradaa4ºCy1atmósfera,yla
densidadrelativa(rr)decualquiersustancia(x)siempreserelacionaráconella:
rr (x) = Densidad absoluta (x)/Densidad agua (4 ºC y 1 atmósfera)
Claves y consejos
w
.m
cg
ra
w
Enelvalordeladensidadinfluyendosfactores:latemperatura,puestoqueelvolumen
queocupaunlíquidooungasvaríamuchoenfuncióndeesteparámetro;ylaflotabilidad,yaqueunasustanciaflotarásobreotrasisudensidadesmenor.
Actividades
13. Halla la densidad (r) de un líquido sabiendo que 20 dl del mismo pesan
0,25 kg.
14. Colocaenuntubodeensayograduadode10ml,5mldeaguadelgrifocon
pipetay5mldeaceitedealmendrasconotrapipetadistinta.Cierraeltubo
conparafilmyagitaporinversiónfuertedurante30segundos;colócaloenuna
gradillayespera10minutos.Extraetusconclusionesenfuncióndelosdatos
queobservesindicandocuáldelosdoslíquidosesmásdensoyporqué.
w
w
A4ºCya1atmósferadepresión,1kgdeaguaocupa1dm3,
esdecir,1000gdeaguaocupan1000cm 3,porloquesu
densidadabsolutaes1g/cm3,ya
que:
r = m/V = 1 000 g/1 000 cm3 =
= 1 g/cm3
Práctica de laboratorio 8
En esta práctica se estudia la flotabilidad de diferentes sustancias en relación con su densidad.
Procedimiento:
Material:
–Probetade20ml.
–Aguadestilada.
–Champú.
–PipetasPasteur.
–Aceitedecoco.
2. Colocarlaprobetaenunagitadorrotativodurante
10 minutos.
1. Enunaprobetagraduadade20mlseponen,condiferentespipetasPasteuryapoyandosiemprelapuntade
Fundamento:colocardiferentessustanciasenunaprobeta
lapipetaenlasparedesdelaprobeta:
yobservar,trasagitación,laalturaquehanalcanzado
dentrodelamisma.Amayoraltura,menordensidady –5mldeaguadestilada.
mayorflotabilidad.
–5mldeaceitedecoco.
128
–5mldechampú.
3. Dejarreposarlaprobeta25minutos.
4. Observarlacolocacióndelassustanciasdentrodela
probetayextraerconclusiones.
Disoluciones,dilucionesydensidad
9
5.1. Métodos de determinación de la densidad
Elpesodelsólidosedeterminaconunabalanza electrónica
ysemidedespuéssuvolumenatravésdellíquidodesalojado
contenidoenunaprobeta graduada.
Método
de la
probeta
VVF
f
VV i
i
Fig. 9.5. Probetas
graduadas.
LareferenciaeselprincipiodeArquímedes:todocuerposumergido
enunfluidoexperimentaunempujeverticalhaciaarribaigual
alpesodelfluidodesalojado.Enestecaso,empujeeselpeso
dellíquidodesalojadoporelsólidosumergido.
Método del
picnómetro
para sólidos
pulverulentos
Elpicnómetroesunrecipientedevidrioprovistodetapóncon
untubocapilarmarcadoyconenraseenlapartesuperior.
Lamasadelsólidoseaveriguamediantepesadayelvolumen
loaveriguamosdeterminandoelpesodelvolumendellíquido
desplazadoporelsólidopulverulento,queequivalealvolumen
delsólidoenestudio.
Fig. 9.6. Método
de Arquímedes.
-h
ill.
es
Método
del principio
de
Arquímedes
Fig. 9.7. Picnómetro
para sólidos
pulverulentos.
ra
w
Determinación
de la
densidad
en sólidos
Lamedicióndevolumenporestemétodotienequeserexacta
mediantepipetasgraduadasomatracesaforados.
w
.m
cg
Método
de la pesada
• C
uandoutilicemoslapipeta,tenemosqueirvertiendo
ypesandoconbalanzaelectrónica,sucesivamente,10ml
deunlíquidoproblemaparacalcularsudensidad,hallando
lamedia aritméticadelasdensidadescalculadasencadapaso.
• C
uandoutilicemoselmatraz,tenemosquedeterminarvarias
veceselpesodeunlíquidocontenidoenunmatrazaforado
de100ml.
Fig. 9.8. Pipeteo con
pera de goma.
w
Elfundamentoconsisteenpesarelpicnómetrovacío(aestepeso
lollamaremos(P0);despuéspesaremoselpicnómetrodevolumen
conocidoyperfectamenteaforadollenodellíquidocuyadensidad
queremoshallar(aestepesolollamaremos(P1);y,porúltimo,
pesaremoselpicnómetrollenodeaguadestilada(P2).Paraconocer
ladensidad del líquidoaplicaremoslasiguientefórmula:
w
Determinación
de la
densidad
en líquidos
Método
del
picnómetro
r=
Método
del
densímetro
(P1–P0)
(P2–P0)
Fig. 9.9. Picnómetro
para líquidos: con
termómetro y de
Gay-Lussac.
=g/cm3
Losdensímetrosestánformadosporuntubohuecoquetieneun
ensanchamientoenlaparteinferior,elcualterminaconundepósito
conperdigonesomercurio,quesirvedelastre,manteniéndolo
verticalalhundirseenloslíquidos.Enlapartesuperiorpresentaun
vástagocilíndricograduado,quenosindicaladensidadenelpunto
delvástagohastadondesehahundidoenellíquido.Cuantomenor
esladensidaddeunlíquido,mássehundeeldensímetroenél.
Losdensímetrosnosonmuyprecisos,peropermitendeterminaciones
rápidas,porloqueseempleanentécnicasrutinariasqueno
requierenunagranprecisión.
Elfundamentodelasdeterminacionescondensímetroconsisteen
realizarcorrectamentelalecturadeladensidaddeunasolución
contenidaenunaprobeta,observandoelpuntodelvástago
graduadoquetocalasuperficiedellíquidoenestudio.
a)
b)
c)
Lectura:
1,000 10,074 g/ml –1
1,100
Fig. 9.10. Para determinar la densidad,
el densímetro (a) se introduce en
la probeta con un leve movimiento
giratorio (b). Después, sin tocar el
densímetro, se hace la lectura (c).
Tabla 9.4. Métodos de determinación de la densidad en sólidos y líquidos.
129
9
Disoluciones,dilucionesydensidad
Práctica de laboratorio 9
El objetivo de esta práctica es determinar la densidad de un
sólido irregular en g/cm3.
3. Anotarelvolumenquealcanzaellíquido,alquellamaremosVi(volumeninicial).
Material:
4. Introducir,conmuchocuidado,dentrodelaprobetael
sólidoirregular,quedeberátocarelfondo.Anotarelvolumenquealcanzaelagua,alquellamaremosVF(volumenfinal).
–Aguadestilada.
–Sólidoirregular.
Procedimiento:
1. Hallarlamasadelsólidoirregularperfectamentelimpio
ysecoenunabalanzaelectrónicayanotarsupeso,al
quellamaremos(ms).
2. Llenarhastalamitadunaprobetade50cm3conagua
destiladayenrasarconpipetaPasteur(mirandolabase
delmeniscoqueformaellíquidoconlasparedesdela
probeta).
5. HallarelvolumendelsólidoVspordiferenciaentreVFy
Vi;asíVs=VF–Vi,yaqueelvolumendelsólidoyeldel
líquidodesalojadosonelementalmenteiguales.
6. Ladensidaddelsólidosehallaaplicandolafórmula:
m1
-h
ill.
es
–Dosprobetasde50cm3.
–Balanzaelectrónica.
r=
ra
w
Práctica de laboratorio 10
Vs
=g/cm3
Esta práctica busca determinar la densidad de una solución
de bicarbonato sódico y de otra de ácido acético glacial.
3. Vaciarelpicnómetro,aclararconaguadestiladayenjuagarvariasvecesconlasoluciónproblemadeácido
acéticoglacial.
w
.m
cg
Fundamento:determinarladensidaddedossoluciones
problema,bicarbonatosódico(NaHCO3)yácidoacético 4. Vaciardenuevoy,sihicierafalta,secarperfectamente
glacial(CH3—COOH),preparadasporelprofesoremporfuera.
pleandoelpicnómetroparalíquidos.
5. Llenarelpicnómetroyaforardenuevoconlasolución
Material:
deácidoacéticoglacial.
–Balanzaelectrónica.
6. PesarelpicnómetrollenodelasolucióndeácidoacéticoglacialyobtenerelpesoP1(CH —COOH).
–Picnómetro.
–Solucionesproblemadebicarbonatoydeácidoacético 7. Porúltimo,vaciar,aclararvariasvecesconaguadestiglacial.
lada,secarporfuera(sihicierafalta),llenarconagua
–Aguadestilada.
destilada,aforarperfectamenteypesar.SeobtendráP2
(aguadestilada).
Procedimiento:
w
w
3
1. Unavezestabilizadalabalanzaelectrónica,pesarel 8. Ladensidaddelassolucionesproblemasehallarádividiendoelpesodecadaunadeellasentreelpesodel
picnómetrovacío,limpioyseco.SeobtieneelpesoP0.
aguadestilada(r=1g/cm3).
2. Pesarelpicnómetrollenoyperfectamenteaforadocon
lasoluciónproblemadeNaHCO3.Seobtieneelpeso 9. RellenarelcuadroqueaparecemásabajoysacarconP1(NaHCO )
clusiones.
3
Líquidos
Sinlíquido
130
Picnómetro vacío
Picnómetro lleno
Densidad ( g/cm3)
P0 =
Sol.NaHCO3
P1(NaHCO )=
r=
Sol.CH3—COOH
glacial
P1(CH3—COOH)=
r=
H2Odestilada
P2(H Odest.)=
3
2
(P1–P0)
(P2–P0)
(P1–P0)
(P2–P0)
∙1g/cm3=
∙1g/cm3=
Disoluciones,dilucionesydensidad
9
Sínt esis
Disolución y sus
componentes
Mezclahomogéneadedosomás
sustanciasformadaporsolutoydisolventes
(sólidos,líquidosogaseosos).
1. Porcentaje.Indicalaspartesdesolutoquehayen100partes
de disolución.Sepuedeexpresarcomo:
•p/p:gdesolutoen100gdedisolución.
•p/v:gdesolutoen100mldedisolución.
•v/v:mldesolutoen100mldedisolución.
2. Molaridad.Númerodemolesdesolutoquehayen1lde disolución.
3. Normalidad.Númerodeequivalentesquímicospresentesen1lde
disolución.
4. PPM.Partesdesolutoquehayenunmillóndepartesdeladisolución.
-h
ill.
es
Expresacuantitativamente
laproporcióndelsoluto
enladisolución.
Concentración
Principalesdisolventes:agua,alcoholetílico,glicerina,
isopropanol,propilenglicol,sorbitol,dimetilsulfóxido
yPEG.
Disoluciónenlaqueestádisueltalamayorcantidadposible
desolutoaunaciertatemperatura.
Disolución
sobresaturada
Disoluciónquecontienetalcantidaddesolutoqueesteprecipita
aunqueseasolubleeneldisolvente.
Diluciones
Disolucionespreparadasapartirdeotramásconcentradayque
tienenmenorconcentraciónqueaquelladelacualproceden.
w
.m
cg
ra
w
Disolución saturada
Expresiónmatemáticar=m/V
Símbolo
Unidades:kg/l,g/cm3yg/ml
Densidad r
w
Densidad absoluta:masadeunasustanciadivididaporelvolumenqueocupa.
w
Densidad relativa:densidadabsolutadeunasustanciaconrespecto
aladensidaddeotrasustanciadereferencia.
Métodos de
determinación de la
densidad en sólidos
Métododelaprobeta
Elvolumensemideatravésdellíquidodesalojado.
Métododelprincipio
deArquímedes
Elempujeeselpesodellíquidodesalojado.
Métodoconpicnómetro
Métododepesada
Métodos de
determinación de la
densidad en líquidos
Métodoconpicnómetro
Métodocondensímetro
Lamasadelsólidoseaveriguamediantepesadayelvolumen,
determinandoelpesodelvolumendellíquidodesplazadopor
elsólidopulverulento.
Mediciónexactadevolumenmediantepipetaomatraz.
r=
(P1–P0)
(P2–P0)
=g/cm3
Pocopreciso,peropermitedeterminacionesrápidas.
131
9
Disoluciones,dilucionesydensidad
Test de repaso
Nota:Todas las actividades de esta página deben hacerse en un cuaderno aparte.
1. Lamolaridades:
7. Laconcentracióndeunasoluciónnoseexpresaen:
a) Unaformadeexpresarelpesodeunasustancia.
a) mg%
b) Unaformademedirelvolumendeunadisolución.
b) g/l
c) Unaformademedirconcentraciones.
c) %
d) microgramos
d) Ningunaescorrecta.
8. Lassiglasppmsignifican:
2. Unadilucióna1/10deunadisoluciónindica:
a) Partespormil.
a) 1partedesolutoy10dedisolvente.
b) Partesporbillón.
b) 1partedesolutoy9dedisolución.
-h
ill.
es
c) Partesparamover.
c) 1partedesolutoy11dedisolución.
d) Partespormillón.
d) Ningunaescorrecta.
9. Ladensidadseexpresaen:
3. En 50 ml de una disolución de lactosa al 20% p/v
hay:
c) kg/l
b) 10gdelactosa.
d) Todassoncorrectas.
c) 10gdeagua.
10. ¿EncuáldeestassolucionesdeNaHCO3dedistinta
concentraciónsehundirámásundensímetro?
w
.m
cg
4. Lastrazasestánrelacionadascon:
a) Concentraciónexpresadaenmolaridad.
b) Concentraciónexpresadaen%.
w
d) aybsoncorrectas.
w
c) Concentraciónexpresadaenppm.
a) NaClal9%p/v.
b) NaClal20%p/p.
c) NaClal0,9%p/v.
d) aycsoncorrectas.
6. ¿Cuántosmgdeglucosapormldesolucióncontiene
unasoluciónal33%?
a) 0,33mg.
b) 3,3mg.
c) 33mg.
d) 330mg.
132
a) Enlade0,35g/l
b) Enlade350mg/l
c) Enlade35cg/l
d) Enlade35mg/l
11. EnelprincipiodeArquímedessellamaempuje(E)a:
a) Elpesodellíquidoquedesalojaelsólidosumergido.
b) Elvolumendellíquidoqueesdesalojadoporelsólidosumergido.
c) Lamasadelsólidosumergidoquedesalojaunvolumen.
d) Todassoncorrectas.
12. Deladensidadsediceque:
a) Suvalorvaríaconlatemperatura.
b) Relacionamasayvolumendeuncuerpo.
c) Sepuedeconocertantoenlíquidoscomoensólidos.
d) Todaslasrespuestassoncorrectas.
Solución:1.c;2.d;3.b;4.c;5.c;6.d;7.d;8.d;9.d;10.d;
11.a;12.d
d) 25gdelactosa.
5. Elsuerosalinoes:
b) g/cm3
ra
w
a) 20gdelactosa.
a) g/ml
Disoluciones,dilucionesydensidad
9
Nota:Todas las actividades de esta página deben hacerse en un cuaderno aparte.
Comprueba tu aprendizaje
Definir el concepto de disolución y determinar sus componentes y tipos.
Preparar diferentes tipos de diluciones.
16. Preparalassiguientesdiluciones:
1. ¿Quéconcentracióntieneunasoluciónquecontiene
20gdesosaen1ldeagua?
a) 80mldeunadilucióna1/20deladisoluciónanterior.
2. Calculalaconcentracióndeunadisolucióndeglucosa
quecontiene100mgdeglucosaenmediolitrodeagua.
b) 300 ml de disolución de yodo al 1,2% p/v partiendodeladisolucióndeyodoal2%p/v.
3. Calculalacantidaddesolutoydisolventede1lde
almidónal5%p/v.
c) 50mldeazuldemetilenodiluidoa1/4apartirde
ladisoluciónmadredelaactividad12.
5. Citatresejemplosdemezclashomogéneasenelámbitodoméstico:sólido-sólido,sólido-líquidoylíquidolíquido.
6. Busca en el laboratorio tres productos químicos en
estadosólidoytresenestadolíquido.Describeentu
cuadernoelaspecto,coloryolordecadaunodeellos.
17. Determinalardeuncuerpoquepresentalossiguientes valores de masa y volumen: a) masa = 345 dg;
volumen=35,6cm3
18. SitedicenqueunasustanciaC tieneunar=0,986a
25ºC,¿aquétipodedensidadserefiere?
Determinar la densidad de sólidos y líquidos.
ra
w
7. BuscaenInternetinformaciónsobrelosproductosanteriores:usosmáscomunesyaplicacionesenellaboratorio.
Expresar el dato de densidad absoluta matemáticamente y
diferenciar entre densidad absoluta y relativa.
-h
ill.
es
4. ¿Quécantidaddesolutohayenunamezcladesacarosaenalmidónal35%p/p?
w
.m
cg
8. BuscaenInternetlafórmulaquímicadeletanol,delisopropanolydelaglicerina.¿Quétienenencomúnestas
sustancias?¿Aquégrupoquímicodecompuestospertenecen?
9. Buscaenelalmacéndellaboratorioalgúnproducto
quepertenezcaalmismogrupoquímicoquelassustanciasanterioresycomentasusaplicacionesenellaboratoriofarmacéutico.
Preparar disoluciones según las formas de concentración.
w
10. Preparalassiguientesdisoluciones:
w
a) 125gdeeritrosinaenalmidónal1%p/p.
b) 250mldesuerosalino.
c) 250mldeNaOH0,5M.
d) 100mldeNaOH0,2N.
11. Prepara 100 ml de solución saturada de cloruro
sódico,pésalaycalculalacantidaddesolutoquecontieneladisoluciónsaturada.
12. Prepara50mldeazuldemetilenoal0,2%p/vpartiendodeazuldemetilenoenpolvo.
13. Calculalanormalidaddemediolitrodedisoluciónque
contiene5,6gdeHClsabiendoquesuriquezaesdel
38%ysudensidadesde1,25g/ml.
14. Calculalamolaridadde200mldeunadisoluciónque
contiene3gdesosa.
15. Prepara250mldedisolucióndeyodoal2%p/v.
19. Llenaunaprobetade50mlconetanolanhidroyenrásala bien a 25 ml con pipeta Pasteur. Pesa 3 g de
NaClenbalanzaelectrónicayañadeconcuidadola
sal.Rellenaelsiguientecuadro:
Volúmenes
V(inicial)
Etanol
V(final)
Vf – Vi
25ml
r(NaCl)=
20. ElprofesorteentregaunadisolucióndesulfatodeZn
7H2Oquehapreparado,juntoconunpequeñofrasco
devidriocontapónesmeriladode100ml,ytedice
quehalleslardelasoluciónproblemasiguiendoel
cuadroadjunto:
P0(frascovacío)=
P1–P0=
P1(frascollenoH Odest.)=
P2–P0=
P2(frascollenosol.ZnSO )=
rH O(T°C)=
2
4
2
21. HallalardelasolucióndeZnSO4·7H2Oaplicando
lafórmulacorrespondienteyexplicandopasoapasola
técnicaaemplear.
Utilizar el densímetro para medir densidades en líquidos.
22. DeterminalardedossolucionesdeNaClconconcentracionesde2g/ly12g/l,respectivamente.Después
dehallarlardecadaunacondensímetro,relaciona
elvalorderobtenidoconlacantidaddesolutoque
tienecadaunayconelniveldeflotabilidaddeldensímetro.
133
9
Disoluciones,dilucionesydensidad
Prácticas propuest as
Práctica propuesta 1
Preparar 1 litro de disolución de sulfato de cinc al 1 % y,
a partir de ella, preparar 100 ml de solución de sulfato
de cinc diluido a 1/10.
Procedimiento:
–Matrazaforadode1000ml. –Matrazaforadode
100ml.
–Pipetagraduadade10ml.
–2vasosde
–Varillasagitadoras.
precipitados.
–Embudos.
–PipetasPasteur.
Parte 2. Preparar 100 ml de disolución a 1/10 a partir
de la anterior.
-h
ill.
es
1. Sepesanlos10gdesulfatodecincenunvasode
precipitadosde250mlyseañaden,aproximadamente,100mldeagua.Seagitaysetrasladacon
elembudoalmatrazaforadode1l.
Elsulfato de cincseutilizacomoantisépticodérmicoparaeltratamientocoadyuvantedelherpes.
2. Seañadenotros100mlaproximadamentedeagua
alvaso,seagitaysevuelveaecharalmatrazaforado.Seagitayseenrasaconaguahastaelaforo
Fundamento:sepreparaunasoluciónmadrey,apartir
de1000ml.
deella,preparamoslasdilucionesquenecesitemos.
3. Etiquetarelmatraz.
Material:
Cálculos:lacantidaddesoluciónmadrequesenecesita
es:100·1/10=10ml
Procedimiento:
1. Semiden10mlconlapipetaadecuadayseponen
enunmatrazaforadode100ml.
Cálculo: senecesita1000·1/100=10gdesulfatode 2. Seañadeaguahastaelenrase.
3. Etiquetarelmatraz.
cinc.
Práctica propuesta 2
w
.m
cg
ra
w
Parte 1. Preparación de la disolución madre: sulfato de
cinc al 1 %.
Determinar la densidad de una solución de cristal violeta.
–Embudo.
–Soluciónproblemade
cristalvioletapreparada
porelprofesor.
w
–Matrazaforado
de100mlcontapón.
–PipetaPasteur.
w
Material:
–Balanzaelectrónica.
Volúmenes
Peso matraz Peso matraz
vacío con lleno cerrado
tapón (g) con tapón (g)
Peso del
líquido (g)
Densidad
g/ml
Procedimiento:
100ml
m01=
m11=
(m11–m01)=
r1=
1. Colocarunmatrazaforadocontapón,limpioyseco,
enunabalanzaelectrónica.Anotarelpesodelmatrazvacíocomom01.
100ml
m02=
m12=
(m12–m02)=
r2=
100ml
m03=
m13=
(m13–m03)=
r 3=
2. Utilizandounembudo,llenarelmatrazconellíquido
problemahasta2cmpordebajodelalíneadeaforo.
3. Conlalíneadeaforodelmatrazalaalturadelos
ojos,utilizarunapipetaPasteurparaenrasarcorrectamente;esdecir,conlapuntadelapipetaPasteur
apoyadaenlasparedesdelmatraz,dejarcaerellíquidohastaquelabasedelmeniscoqueformael
líquidoconlasparedesdelcuellodelmatraz,toque
tangencialmentealalíneadeaforo.Después,cerrar
contapón.
134
4. Colocarelmatrazenlabalanzaelectrónica,esperar
aqueseestabilicenlosdígitosyanotarelpeso
comom11.
5. Repetirelmismoprocesodosvecesmás.
6. Acontinuación,rellenarlasiguientetabla:
7. Pordiferencia,hallar,cadavez,elpesodellíquido
contenidoenelmatrazaforado.
8. Calcular,cadavez,ladensidad,aplicandolafórmula r=m/V.Seobtendrántresvaloresdedensidad
(r1,r2,r3).
9. Además,parahallarladensidaddelasolucióncristalvioleta,calcularlamediaaritméticadelostres
valoresdedensidadhallados:
r1+r2+r3
=g/ml
r(solución)=
3
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