Densidad de Sólidos y Líquidos. CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

UNIVERSIDAD PERUANA DE INTEGRACIÓN GLOBAL
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL
CURSO: QUIMICA GENERAL
LABORATORIO No. 01: Densidad de Sólidos y Líquidos.
I.
OBJETIVOS
-
II.
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.
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:
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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
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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
3.1 MATERIALES Y EQUIPOS
- Balanza Analítica
- Densímetro
- Termómetro
- Pipeta
- Probeta
- Vaso de Precipitados
- Piceta
- Espátula
3.2 REACTIVOS
- Agua destilada (H2O)
- Metanol (CH3OH)
- Cloruro de Sodio (NaCl)
- Plomo (Pb)
- Zinc (Zn)
3.3 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
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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:
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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
Líquido
Método del picnómetro
Método de la probeta
wpl (g)
wf (g)
wpl- wp (g)
wf - wo (g)
Agua
Metanol
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.
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Figura 3.3 Principio de Arquímedes
Tabla 3.2 Datos obtenidos con el principio de Arquímedes
Sólido de referencia: __________
Líquido
wT (g)
wb (g)
E = wT - wb (g)
Agua
Metanol
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.
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wprobeta = wo= __________ g
wSLN = wf - wo
dSLN = WSLN / V
Tabla 3.3 Densidad de soluciones de NaCl
Resultados
Solución de Volumen, V
NaCl
(mL)
1
Peso final wSLN =
dSLN
wf (g)
wf - wo (g) (g/mL)
porcentaje
p/p (%)
5.00
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3
4
5
6
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IV.
CUESTIONARIO
4.1. 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?
4.2. 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?
4.3. ¿Qué peso de plomo ocupará el doble del volumen de 10.2 g de etanol?
4.4. 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?
4.5. ¿La densidad sirve como criterio para establecer la pureza de un
líquido?
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