Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ciencias Área de Química General Laboratorio de Química General 1 PRACTICA 2 DENSIDAD Nombre: Registro Académico: 2 sección Instructor: Inga. Wanda Yoc Gatica de Laboratorio: RC Fecha de Fecha de Realización: 20/08/2020 Entrega: 10/09/2020 RESUMEN La práctica de densidad se llevó a cabo con el objetivo de ampliar los conocimientos de densidad, mediciones, observables fundamentales y derivados, parámetros estadísticos y el uso instrumentos calibrados. A partir de la medición de masa y volumen de las distintas sustancias para determinar la densidad de estas. Para ello se prepararon 3 sustancias diferentes, agua (H2O), aceite vegetal y miel, midiendo el volumen de las sustancias llenando una ½ taza medidora, utilizando una jeringa de 10mL. Se llenó la ½ taza medidora con una sustancia, llevando el volumen con una jeringa de 10mL llena de la sustancia hacia la taza, contando las veces que se realizó este procedimiento hasta que se llenara la taza, este procedimiento se realizó para cada sustancia cada 3 veces, calculando la el volumen total de la sustancia en la taza y convirtiendo ½ taza de la sustancia a masa, se procedió a realizar el cálculo de la densidad en cada una de las 3 repeticiones , se procede a hacer una densidad media de tal sustancia, posteriormente se calculó la precisión de las medidas, después se calculó del error absoluto investigando una densidad teórica desde fuentes confiables, por ultimó se calculó la exactitud de la densidad experimental con la teórica. Se determinó que las densidades de las soluciones calculadas se aproximan a los valores teóricos investigados, con un porcentaje de error relativo afectan a tal variación, esto debido al uso de los instrumentos no calibrados que pueden dar consecuencias como resultados inexactos y poca fiabilidad. El experimento se realizó a una temperatura ambiente de 25°C. 1 RESULTADOS Tabla I. Precisión y densidad de cada sustancia con instrumentos no calibrados. Agua Densidad Media (Kg/m3) 986.0 Desviación Estándar (Kg/m3) 0 Aceite Vegetal 877.50 0 Miel de Abeja 1419.16 0 Sustancia Fuente: elaboración propia, 2020 Tabla II. Exactitud y error absoluto de la densidad de cada sustancia usando instrumentos no calibrados. Agua Error Absoluto (Kg/m3) 14.0 Aceite Vegetal 37.50 4.46 Miel de Abeja 17.16 1.22 Sustancia Error Relativo (%) 1.40 Fuente: elaboración propia, 2020 2 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS La finalidad del presente informe fue analizar la precisión y exactitud de cada densidad de la sustancia de agua (H2O), aceite vegetal y miel de abeja, obtenida mediante la medición de masa y volumen utilizando instrumentos no calibrados para establecer la viabilidad de la experimentación. En la determinación del volumen, se puede decir que el volumen calculado en cada sustancia debería ser la misma, ya que se contiene la misma cantidad dentro de la taza medidora, posteriormente se calculó la masa, por medio de un conversor, de cada una de las sustancias que contiene ½ taza de cada una, se sobre entiende que la medida de la masa debe ser diferente a cada sustancia, ya que la densidad de cada una es diferente. Las densidades calculadas para cada sustancia de agua, aceite vegetal y miel, se obtuvo un valor cercano a la densidad bibliográfica de cada sustancia, calculada por medio de los datos obtenidos de masa y volumen, la cual la densidad es la relación de masa sobre volumen.5 En la práctica del laboratorio se trabajó con diferentes tipos de sustancias, siendo ellas; dos mezclas homogéneas, el cual es la combinación de compuestos y/o elementos distintos, en la que no se diferencian sus componentes.4 La sustancia de agua (H2O) es una sustancia pura compuesta, el cual son combinaciones de dos o más elementos y que pueden descomponerse en sus elementos.4 La densidad media de la sustancia de agua (H2O), utilizando los volúmenes de datos calculados con instrumentos no calibrados, debido a las medidas del volumen, siendo las mismas en cada repetición, se obtuvo una desviación estándar de 0, dando a entender que no hubo una discrepancia de datos, de la densidad experimental, siendo el mismo caso para las otras dos densidades medias de las dos sustancias. La cual la densidad media es la suma de las densidades de cada repetición de las sustancias entre el número total de repeticiones que se realizó en la práctica.3 3 En la experimentación siempre existe la posibilidad de cometer errores en las mediciones, sin embargo, al utilizar instrumentos no calibrados, no se obtiene la mejor exactitud de las medidas, también en los instrumentos no calibrados no se tiene la incerteza de tales instrumentos, como también afecta los errores que el experimentador pueda ocasionar sin intención, a la temperatura y altura en que se realizó la práctica2. La importancia de los instrumentos calibrados es para tener la seguridad de que los instrumentos están midiendo de forma correcta, así garantizar la fiabilidad y trazabilidad de las medidas.5 Se determinó el error porcentual, exactitud, de la solución de agua (H 2O), aceite vegetal y miel, con unos porcentajes de 1.4%, 4.46%, 1.22%, respectivamente, por lo que se puede decir que el resultado se aproximó a las densidades reales, pero sin una exactitud confiable comparado a las densidades teóricas2, con esto se comprobó que las densidades calculadas en cada repetición se aproximaron a los resultados descritos en la literatura, teniendo un valor cercano, mas no exacto a las densidades bibliográficas.6 4 CONCLUSIONES 1. Se determinó que, para calcular la densidad de cada una de las sustancias, agua (H2O), aceite vegetal y miel debe ser por medio de la medición de masa y volumen de cada sustancia, tomando en cuenta que la densidad de la miel debe ser la mayor densidad de las 3 sustancias, y la del aceite vegetal debe ser la menor. 2. A partir del cálculo de las densidades medias de cada sustancia, se calculó la desviación estándar, tomando en cuenta el valor obtenido en la sección de resultados, quiere decir que se tuvo una buena precisión al realizar las mediciones, sin embargo, en la exactitud, se tuvo un error porcentual debido a las densidades teóricas investigadas. 3. Debido a al error relativo, debe de tener un error relativo menor a 1%, los errores calculados son mayores a tal porcentaje, se puede determinar que las densidades experimentales tienen una discrepancia en relación a las densidades teóricas, pero aun así, no se alejaron tanto al valor real, por lo tanto se puede determinar que la experimentación tiene una validez aceptable, en relación a las densidades teóricas. 5 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 1. Se preparó los materiales e instrumentos requeridos. 2. Se tomó una muestra de aproximadamente 250mL de agua en un recipiente. 3. Se tomó la jeringa desechable y se llenó de agua hasta la marca de máximo volumen. 4. Se trasladó el agua medida en la jeringa a la taza medidora. 5. Se repitió los pasos 3 y 4 hasta que se llenara por completo la taza medidora. 6. Se lavaron y secaron los materiales utilizados. 7. Se determinó el volumen de agua medido en la taza medidora multiplicando la cantidad de veces que se realizó los pasos 3 y 4 por la capacidad de la jeringa utilizada. 8. Se repitió los pasos 1 al 6, 2 veces más. 9. Se repitió el procedimiento utilizando aceite de cocina y miel de abeja. 6 HOJA DE DATOS ORIGINALES 7 MUESTRA DE CÁLCULO 1. Cálculo del volumen total agregado de agua (H2O) a la ½ taza medidora, utilizando una jeringa de 10mL. 𝑉𝐻2 𝑂 = 𝑛 ∗ x (1) Donde: 𝑉𝐻2 𝑂 : volumen total de agua (H2O) agregado a la ½ taza medidora de la primera repetición (mL). 𝑛: cantidad de veces que se usó la jeringa para llenar la ½ taza medidora en la primera repetición. x: capacidad de jeringa (mL). Utilizando los valores de la primera repetición de la sustancia de agua (H2O), utilizando la jeringa de 10 mL se obtiene: 𝑛: 12 veces. x: 10 mL. Sustituyendo los valores en la ecuación 1: 𝑉𝐻2 𝑂 = 12 ∗ 10𝑚𝐿 𝑉𝐻2 𝑂 = 120𝑚𝐿 Esta ecuación se utilizó para calcular el volumen total de agua que se le fue agregado a la ½ taza medidora, en las otras repeticiones, como también las repeticiones del aceite vegetal y la miel de abeja. Los datos se encuentran en la sección de datos calculados en la Tabla III. 8 2. Determinación de la densidad de la sustancia de agua (H2O), del volumen contenido en la ½ taza medidora. 𝜌𝐻2 𝑂 = 𝑚𝐻2 𝑂 (2) 𝑉 𝐻2 𝑂 Donde: 𝜌𝐻2 𝑂 : densidad de la sustancia de agua (H2O) en la primera repetición. (g/ml) 𝑚𝐻2 𝑂 : masa de la sustancia de agua, de la primera repetición, calculada por medio de un conversor de unidades. (H2O) 𝑉𝐻2 𝑂 : volumen de la sustancia de agua, de la primera repetición. (H2O) Utilizando los valores de masa y volumen de la sustancia de agua (H2O), de la primera repetición, se obtiene: 𝑚𝐻2 𝑂 : 118.3 g. 𝑉𝐻2 𝑂 : 120 mL. Sustituyendo valores en la ecuación 2, se obtiene: 𝜌𝐻2 𝑂 = 118.3𝑔 120𝑚𝐿 𝜌𝐻2 𝑂 = 0.986 𝑔 𝑚𝐿 Esta ecuación se utilizó para calcular la densidad de la sustancia de agua (H2O) en las otras repeticiones, como también a las repeticiones de la miel de abeja y el aceite vegetal. Los datos obtenidos se encuentran en la sección de datos calculados en la Tabla III. 9 3. Conversión de unidades de la densidad, de la primer repetición de la sustancia de agua (H2O), al sistema internacional (SI), por medio de análisis dimensional. Donde: 𝜌𝐻2 𝑂 = 0.986 g/cm3 (100𝑐𝑚)3 𝐾𝑔 𝑔 𝐾𝑔 = ∗ ∗ 𝑚3 𝑐𝑚3 1000𝑔 𝑚3 Sustituyendo valores en el análisis dimensional: (100𝑐𝑚)3 0.986𝑔 𝐾𝑔 𝐾𝑔 ∗ ∗ = 986 3 3 3 𝑐𝑚 1000𝑔 𝑚 𝑚 Este análisis dimensional se realizó también para las otras densidades de la sustancia de agua, aceite vegetal y miel de abeja. Los datos obtenidos se encuentran en la sección de datos calculados en la Tabla III. 10 ANÁLISIS DE ERROR 4. Determinación de la densidad media de la sustancia de agua (H2O). 𝜌𝐻2 𝑂 = ∑𝑛 𝑖=1 𝜌𝐻2 𝑂𝑖 𝑛 (3) Donde: 𝜌𝐻2 𝑂 : la densidad media de la sustancia de agua (H2O). (Kg/m3) 𝜌𝐻2 𝑂𝑖 : valores de la densidad en cada repetición para la primera sustancia. (Kg/m3) 𝑛 : número de repeticiones para la primera sustancia. Utilizando las densidades obtenidas en cada repetición de la sustancia de agua (H20), se obtiene: 𝜌𝐻2 𝑂 : 986 Kg/m3 1 𝜌𝐻2 𝑂 : 986Kg/m3 2 𝜌𝐻2 𝑂 : 986 Kg/m3 3 𝑛:3 Sustituyendo los valores de las densidades en la ecuación 3: 𝜌𝐻2 𝑂 = 986 𝐾𝑔/𝑐𝑚3 + 986 𝐾𝑔/𝑐𝑚3 + 986𝐾𝑔/𝑐𝑚3 3 𝜌𝐻2 𝑂 = 986 𝐾𝑔 𝑐𝑚3 Esta ecuación se utilizó también para las demás repeticiones de las sustancias de miel de abeja y aceite vegetal, los datos obtenidos se encuentran en la sección de datos calculados en la tabla IV. 11 5. Determinación de la desviación estándar de la densidad media para la sustancia de agua (H2O). 2 𝜎𝐻20 = 𝑛 √∑𝑖=1(𝜌𝐻2𝑂−𝜌𝐻2𝑂𝑖) 𝑛−1 (4) Donde: 𝜎𝐻20 :desviación estándar de la densidad media de la sustancia de agua. (Kg/m3) 𝜌𝐻2 𝑂 : densidad media de la sustancia de agua. (Kg/m3) 𝜌𝐻2 𝑂𝑖 : valores de la densidad de cada repetición de la primera sustancia. (Kg/m3) 𝑛: número de repeticiones para la primera sustancia Utilizando los valores de densidad y densidad media de la sustancia de agua (H2O), se obtiene: 𝜌𝐻2 𝑂 : 986 Kg/m3 𝜌𝐻2 𝑂 : 986 Kg/m3 1 𝜌𝐻2 𝑂 : 986 Kg/m3 2 𝜌𝐻2 𝑂 : 986 Kg/m3 3 𝑛: 3 Sustituyendo los valores en la ecuación 4 𝜎𝐻20 = √3 (986 Kg Kg 2 − 986 ) m3 m3 3−1 12 𝜎𝐻20 = 0𝐾𝑔/𝑚3 Esta ecuación se utilizó para determinar la desviación estándar de la densidad media de la sustancia de agua (H2O), como también de las sustancias del aceite de vegetal y miel de abeja. Los datos obtenidos se encuentran en la sección de datos calculados en la tabla IV. 6. Determinación de error absoluto de la densidad de la sustancia de agua (H20). 𝐸𝑎𝑏𝑠 = |𝜌𝑇𝑒𝑜 − 𝜌𝑒𝑥𝑝𝑒 | (5) Donde: 𝐸𝑎𝑏𝑠 : error absoluto de la sustancia de agua. 𝜌𝑇𝑒𝑜 : densidad teórica de la sustancia de agua (H2O). 𝜌𝑒𝑥𝑝𝑒 : densidad experimental de la sustancia de agua (H2O) Utilizando los valores de la densidad experimental y teórica, se obtiene: 𝜌𝑇𝑒𝑜 : 1000 Kg/m3 𝜌𝑒𝑥𝑝𝑒 : 986 Kg/m3 Sustituyendo valores en la ecuación 5: 𝐸𝑎𝑏𝑠 = |1000𝐾𝑔/𝑚3 − 986𝐾𝑔/𝑚3 | 𝐸𝑎𝑏𝑠 = 14𝐾𝑔/m3 Esta ecuación también se utilizó para el cálculo del error absoluto para las otras dos sustancias. Los datos se encuentran en la sección de datos calculados en la tabla IV. 13 7. Determinación del porcentaje de error relativo para la densidad de la sustancia de agua (H2O). %𝐸𝑟 = 𝐸𝑎𝑏𝑠 𝜌𝑇𝑒𝑜 ∗ 100 (6) Donde: %𝐸𝑟 : porcentaje de error de la densidad de la sustancia de agua. 𝐸𝑎𝑏𝑠 : error absoluto de la densidad de la sustancia de agua. 𝜌𝑇𝑒𝑜 : densidad teórica de la sustancia de agua. Utilizando valores del error absoluto de la sustancia de agua y su densidad teórica, se obtiene: 𝐸𝑎𝑏𝑠 : 14 kg/ m3 𝜌𝑇𝑒𝑜 : 1000 Kg/m3 Sustituyendo datos en la ecuación 6 %𝐸𝑟 = 14 𝐾𝑔/𝑚3 ∗ 100 1000 𝐾𝑔 /𝑚3 %𝐸𝑟 = 1.4% Esta ecuación se utilizó también para calcular el error relativo de las otras sustancias, los datos obtenidos se encuentran en la sección de datos calculados en la tabla IV. 14 DATOS CALCULADOS Tabla III. Volúmenes y densidades de las sustancias de agua, miel de abeja y aceite vegetal, para cada repetición. Agua Repetición Volumen Densidad (m3) (Kg/m3) 1 120E-6 986.0 2 120E-6 986.0 3 120E-6 986.0 Aceite Vegetal Volumen Densidad 3 (m ) (Kg/m3) 120E-6 877.50 120E-6 877.50 120E-6 877.50 Miel de Abeja Volumen Densidad (m3) (Kg/m3) 120E-6 1419.16 120E-6 1419.16 120E-6 1419.16 Fuente: elaboración propia, 2020 Tabla IV. Densidades medias, deviación estándar, error absoluto y relativo de las sustancias de agua, aceite vegetal y miel de abeja. Sustancia Agua Densidad Media (Kg/m3) 986.0 Desviación Error Estándar Absoluto (Kg/m3) (Kg/m3) 0 14.0 Error Relativo (%) 1.40 Aceite Vegetal 877.50 0 37.50 4.46 Miel de Abeja 1419.16 0 17.16 1.22 Fuente: elaboración propia, 2020 15 BIBLIOGRAFÍA 1. Anónimo, M.convert-me.com. 2020. Conversiones de Gramos, Mililitros, Onzas, Tazas, Cucharas y Otros Ingredientes de Cocina. [En línea] [Consulta: 29 de agosto de 2020]. Disponible en World Wide Web: https://www.convert-me.com/es/convert/cooking/. 2. CHANG, R., GOLDSBY, K.A. “Exactitud y precisión”. En: Química. 11va edición. México, D.F. The McGraw-Hill Companies, Inc., 2013. p. 22-23. 3. Facultad de Ingeniería, USAC, Á., 2011. Estadística Descriptiva. [En línea] [Consulta: 7 de septiembre 2020]. Estadistica.ingenieria.usac.edu.gt. Disponible en world wide web: : http://estadistica.ingenieria.usac.edu.gt/file.php/1/Manual_E1_PDF.pdf 4. PETRUCCI, Ralph H. “Cifras significativas”. En: Química General. 10ma edición. Madrid, España. Pearson Education S.A., 2011. p. 19-23. 5. SERWAY, R.A., JEWETT, J.W. “Fuerzas de flotación y principio de Arquímides”. En: Física para ciencias e ingeniería. volumen 1, 7ma edición. México, D.F. Cengage Learning Editores, S.A. 2008. p. 395-399. 6. TIMBERLAKE, Karen C. “Unidades de medición”. En: Química. General, orgánica y biológica. Estructuras de la vida. 4ta edición. México, D.F. Pearson Education S.A., 2013. p. 7-10. 16
