LA GRAN DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE LA DENSIDAD DE LOS GASES Y MASA MOLAR O PESO MOLECULAR DE VAPORES DE LÍQUIDOS VOLÁTILES

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE LA DENSIDAD DE LOS GASES Y MASA MOLAR O PESO MOLECULAR DE VAPORES DE LÍQUIDOS VOLÁTILES

DETERMINACIÓN DE DENSIDADES

INTRODUCCIÓN

Densidad:

La densidad absoluta de una sustancia homogénea es una propiedad física intensiva  que caracteriza a la sustancia, está definida como el cociente de la masa y el volumen de dicha sustancia. Esta propiedad depende de la temperatura, por lo que al medir la densidad, debemos de tomar en cuenta la temperatura en la que se encuentra. En el caso de sustancias no homogéneas lo que obtenemos al dividir la masa y el volumen es la densidad promedio.

[pic 1]

La densidad tiene como unidades  o [pic 2][pic 3]

La densidad relativa o gravedad específica de una sustancia se define como la razón de la densidad de esa sustancia entre la densidad del agua a 4°C:

[pic 4]

[pic 5]

La densidad relativa es un número adimensional

FUNDAMENTO TEÓRICO:

Es necesario determinar el volumen que ocupan y la masa de los líquidos para así conocer su densidad. El volumen se determina con ayuda de un instrumento (probeta, pipeta o picnómetro), mientras que para determinar la masa se emplea una balanza adecuada, en esta práctica fue la balanza Morth-Westphal.

Picnómetro:

El picnómetro es un instrumento sencillo para determinar la densidad de los líquidos con mayor precisión, cabe resaltar que los picnómetros deben estar calibrados, la mayoría de ellos posee incorporado un termómetro para el registro de  la temperatura.

[pic 6]

Balanza de Mohr-Westphal

Es una balanza de brazos desiguales que se utiliza para la determinación de densidades de líquidos. Consta de un armazón o montura ajustable en altura sobre el que se apoya una varilla segmentada en dos brazos. El brazo más corto termina en una pesa compacta fija, provista de una aguja que debe enfrentarse con otra aguja fijada al armazón para obtener el equilibrio. Del extremo del brazo largo suspende, mediante un hilo delgado y ligero, un buzo de vidrio que suele llevar incorporado un termómetro para medir la temperatura del líquido cuya densidad se desea medir.

En el brazo largo hay marcadas diez muescas, numeradas del 1 al 10. La balanza dispone de un juego de cinco jinetillos o reiters (del alemán, jinetes): dos grandes que, aunque diferentes en forma y función, tienen el mismo peso, y otros tres más pequeños, cuyos pesos son la décima, la centésima y la milésima de aquellos, respectivamente.[pic 7]

Esta balanza, al igual que otras balanzas hidrostáticas, tiene su fundamento en el principio de Arquímedes; el que establece que todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta una fuerza vertical hacia arriba, llamada empuje hidrostático o de Arquímedes o simplemente empuje, cuyo valor es igual al peso del fluido desalojado y cuya línea de acción pasa por el centro de gravedad del fluido desalojado. Así, cuando un cuerpo de volumen V se sumerge totalmente en un líquido de densidad ρ, el empuje que experimenta el cuerpo es:

[pic 8]

Por tanto, si un mismo cuerpo se sumerge sucesivamente en dos fluidos distintos, de densidades  y, experimentará empujes que se encontrarán en la relación:[pic 9][pic 10]

[pic 11]

Por lo que, a partir de una medida del cociente , podemos determinar la densidad relativa del segundo fluido con respecto al primero.[pic 12]

El uso de este instrumento nos permitirá conocer la densidad de un líquido problema a partir de la lectura de la posición de los reiters necesarios para equilibrar la balanza cuando el buzo de vidrio está completamente sumergido en un líquido cuya densidad queremos medir.

OBJETIVOS:

Determinar la densidad de sustancias líquidas, como el agua y el etanol.

EQUIPOS Y SUSTANCIAS:

Balanza Morth-Westphal

Picnómetro

Agua

Etanol

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Método de la Balanza Morth-Westphal:

1. Colocar la balanza sobre su pedestal o plataforma.
2. Nivelar con el tornillo nivelador.
3. Suspenda el buzo (flotador) de su gancho. Para calibrar, introduzca el buzo en la probeta vacía hasta llegar al equilibrio.
4. Accionando el tornillo del soporte vertical, elevar el brazo de la balanza lo suficiente para permitir que después la probeta con la muestra pueda colocarse debajo  del buzo, sin que este toque el fondo de la probeta ni las paredes de la probeta.
5. Ajustar el tornillo nivelador hasta conseguir el equilibrio de la balanza (coincidencia de la aguja fiel con la línea media de la escala estacionaria). Poner la muestra en la probeta y sumergir el flotador.
6. Colocar los reiters (jinetillos) en el brazo de la balanza, hasta establecer el equilibrio. La densidad relativa (valor adimensional) del líquido es la suma de los valores relativos de los reiters a la temperatura que indica el termómetro del buzo.
7. Empleando el procedimiento anterior, determinamos la densidad relativa del agua destilada y del etanol.

Método del Picnómetro: Efecto de la Temperatura

• Se debe lavar bien el picnómetro con agua y detergente, dejar escurrir sobre papel absorbente o secar a temperatura ambiente.
• Utilizamos una balanza de precisión para las pesadas.
• Luego pesamos el picnómetro vacío y luego con la muestra, la diferencia de pesadas nos proporcionará el dato de la masa de la muestra. El volumen del picnómetro está rotulado en el mismo y es exacto.
• Una vez determinada la densidad del agua, continuamos de la misma forma con alcohol, para que estas densidades sean parámetros de comparación.

RESULTADOS Y CÁLCULOS

Para determinar la densidad absoluta:

Hallamos la masa de la muestra, por diferencia de pesadas, teniendo en cuenta, la siguiente igualdad:

[pic 13]

En esta práctica utilizamos 2 picnómetros, los que denotaremos como:  y .[pic 14][pic 15]

• Utilizando el picnómetro A, siendo su volumen:

[pic 16]

1°  Hallamos la masa de la muestra, que será el agua:

[pic 17]

[pic 18]

[pic 19]

[pic 20]

Así mismo procedemos a hallar su densidad, con el dato obtenido, sabiendo que a la temperatura que se encuentra el agua es de 20.8°C.

[pic 21]

[pic 22]

2° Hallamos la masa de la muestra, que ahora será el etanol:

[pic 23]

[pic 24]

[pic 25]

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Una vez obtenida la masa de la muestra, procedemos a calcular su densidad, tomando en cuenta que la experimentación se da a una temperatura de 20.6 °C.

[pic 27]

[pic 28]

• Utilizando el picnómetro B, siendo su volumen:

[pic 29]

1° Hallamos la masa de la muestra, que será el agua:

[pic 30]

[pic 31]

[pic 32]

[pic 33]

Ahora procedemos a hallar su densidad, recordando que la temperatura en la que se encuentra el agua es de 20.8°C.

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[pic 35]

2° Hallamos la masa de la muestra, que ahora será el etanol:

[pic 36]

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[pic 38]

[pic 39]

Calculamos la densidad de la muestra  que se encuentra con una temperatura de 20.6 °C.

[pic 40]

[pic 41]

Para determinar la densidad relativa:

Dimos lectura de la posición de los reiters necesarios para equilibrar la balanza cuando el buzo de vidrio está completamente sumergido en un líquido, ya sea el agua o el etanol.

Densidad relativa del agua:

[pic 42]

Densidad relativa del etanol:

[pic 43]

Para determinar la densidad absoluta a partir de las densidades relativas, hacemos lo siguiente:

• Primero recordar que la densidad relativa de una sustancia es la razón de su densidad entre la densidad del agua a 4°C:

[pic 44]

[pic 45]

• Luego para obtener propiamente la densidad absoluta de la muestra, pues multiplicaremos por la densidad del agua  a la temperatura de 4°:

[pic 46]

1° Determinaremos de esta forma la densidad absoluta del agua a la temperatura de 20.8°C:

De acuerdo a los datos obtenidos, la densidad relativa del agua es 1.0055, por lo que al remplazar, en la ecuación:

[pic 47]

[pic 48]

Tendremos como resultado el valor de la densidad absoluta del agua a la temperatura de 20.8°C:

[pic 49]

2° Calculamos la densidad absoluta del etanol a la temperatura de 20.6°C

[pic 50]

[pic 51]

[pic 52]

CUADRO DE RESULTADOS

Para el agua

Para el etanol:

A través de los cálculos realizados, pudimos apreciar que mediante ambos métodos determinamos la densidad absoluta de las muestras, las cuales se aproximan una a la otra, por lo que calcularemos el error de aproximación, es decir la incertidumbre.

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