Práctica 3

Densidad de líquidos

3.1 Objetivos

• Determinar la densidad de algunos líquidos utilizando tres métodos diferentes.

• Discutir, a partir de los resultados experimentales, cuál de los métodos es el más exacto para medir la densidad de líquidos.

• Analizar si la densidad se puede utilizar como criterio para establecer la pureza de un líquido.

• Determinar la densidad de algunas soluciones.

3.2 Marco teórico

La densidad de los líquidos se mide de una manera similar a como se midió la densidad de los sólidos. En este caso también 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. ¿Por qué?

Un picnómetro (figura 3.1) 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:

                 (3.1)

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.


Figura 3.1 Picnómetro

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:

Porcentaje p/p =             (3.2)

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.

3.3 Materiales y equipo

• Líquidos: etanol, butanol, hexano, o-xileno, cloroformo
• Soluciones: NaCl(ac) de diferentes concentraciones
• Balanza
• Probeta
• Picnómetro

3.4 Procedimiento

3.4.1 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 3.1.

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.

3.4.2 Determinación de la densidad por el método de la probeta

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:

dL = (wf - wo) / V                                                               (3.3)


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

 
Método del picnómetro
Método de la probeta
Líquido
wpl (g)
wpl- wp (g)
wf (g)
wf - wo (g)
etanol
 
 
 
 
butanol
 
 
 
 
hexano
 
 
 
 
o-xileno
 
 
 
 
cloroformo
 
 
 
 


3.4.3 Determinación de la densidad por el principio de Arquímedes

Se pesa un vaso de precipitados (en su lugar puede usarse un recipiente plástico) 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 beaker con el líquido tal como se indicó en la figura 2.2. 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 ecuación 2.7:

                                            (3.4)

donde dS corresponde a la densidad del sólido (d Cu = 8.96 g /cm3) y wS a su peso.

Tabla 3.2 Datos obtenidos con el principio de Arquímedes
Sólido de referencia: __________

Líquido
wT (g)
wb (g)
E = wT - wb (g)
etanol
 
 
 
butanol
 
 
 
hexano
 
 
 
o-xileno
 
 
 
cloroformo
 
 
 


3.4.4 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. En el Anexo 7 se pueden consultar las densidades de algunas soluciones de NaCl.

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                                       (3.5)


Tabla 3.3 Densidad de soluciones de NaCl

Resultados
Solución de NaCl
Volumen, V
(mL)
Peso final
wf (g)
wSLN =
wf - wo (g)
dSLN
(g/mL)
porcentaje p/p (%)
1
5.00
 
 
 
 
2
 
 
 
 
 
3
 
 
 
 
 
4
 
 
 
 
 
5
 
 
 
 
 
6
 
 
 
 
 
7
 
 
 
 
 
8
 
 
 
 
 


3.5 Cálculos y resultados

Con base en los datos obtenidos, completar la tabla 3.3 y la tabla 3.4.

Tabla 3.4 Densidad de líquidos medida por diferentes métodos

Líquido
d reportada
(g/mL)
d picnómetro
(g/mL)
d probeta
(g/mL)
d Arquímedes
(g/mL)
etanol
  
  
  
  
butanol
  
  
  
  
hexano
 
  
  
  
o-xileno
  
  
 
 
cloroformo
 
 
 
 


3.6 Discusión y conclusiones

• Analice los resultados obtenidos en la tabla 3.4 y establezca cuál es el método más exacto por comparación con la densidad reportada en la literatura para cada líquido. Establecer las posibles causas de los errores y cómo éstos influyen para que un método sea más recomendable que otro.

• Graficar la densidad de cada solución en la tabla 3.3 versus su porcentaje peso a peso. ¿Qué conclusiones se pueden obtener del gráfico? Establezca la relación entre las dos variables mediante un análisis de regresión.

3.7 Preguntas

• ¿La densidad sirve como criterio para establecer la pureza de un líquido?

• En la literatura se suele reportar la densidad de un líquido empleando el siguiente símbolo: d420 ¿Qué significado tiene el subíndice y el superíndice?

• ¿Se afecta significativamente la densidad de un líquido con los cambios de temperatura? ¿Con los cambios de presión?

• ¿Cómo se determina la densidad de un gas? ¿Qué factores afectan la densidad de los gases?


3.8 Problemas sugeridos

Trata de resolver los siguientes ejercicios

Los problemas señalados con (*) tienen un mayor nivel de dificultad. Solicite la asesoría de su Profesor.

• 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?
R/. 2.65 g/cm3 [SUPQ. Química General. Editorial Universidad de Antioquia. Medellín, 1971.]

• ¿Qué peso de plomo ocupará el doble del volumen de 10.2 g de etanol?
R/. 295 g [Ander, P.; Sonnassa, A. J. Principios de Química. Introducción a los Conceptos Teóricos. Limusa, México, 1996.]

• 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?
R/. 20.3 g [Ander, P.; Sonnassa, A. J. Principios de Química. Introducción a los Conceptos Teóricos. Limusa, México, 1996.]

‡ Una solución acuosa al 60.30% en peso de ácido nítrico (HNO3) tiene una gravedad especifica de 1.375. ¿Qué volumen de la solución contiene:
a. 50.00 g de solución?
b. 50.00 g de ácido nítrico puro?
c. 50.00 g de agua?
d. ¿Qué masa de agua y de ácido nítrico puro están contenidos en 50.00 mL de la solución?

3.9 Lecturas recomendadas

Asimov, Isaac. Los océanos ¿se están haciendo más salados? En: Cien Preguntas Básicas sobre la Ciencia. Alianza Editorial, Madrid, 1981. pp. 70

Wolke, Robert L.. La prueba está en beberlos. En: Lo que Einstein no sabía. Robin Book, Bogotá, 2002. pp. 155

3.10 Glosario

Discutir y anotar el significado de los siguientes términos: densímetro, picnómetro, solución, soluto, solvente.

3.11 Referencias Internet

• http://www.sciencebyjones.com/density_of_liquids.htm
• http://www.bearwoodphysics.com/l6experiment1.2.htm
• http://www.princeton.edu/teacher/tsm/scienceaction/density_of_liquids.htm
• http://129.93.84.115/Chemistry/DoChem/DoChem012.html
• http://www.qacps.k12.md.us/boe/CURRICULUM/SCIENCE/
chemistry_labs/laboratory_experiments.htm
• http://chemmovies.unl.edu/Chemistry/DoChem/DoChem012.html
• http://www.phys.virginia.edu/education/outreach/8thgradesol/
DensityLiquid.htm
• http://ssep.bwfund.org/lessons/soda/density.html
• http://bellnetweb.brc.tamus.edu/density.htm