MEDIDAS Y PROPIEDADES FSICAS1 OBJETIVO GENERAL

Realizar mediciones de magnitudes comunes a propiedades fsicas.

1.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Realizar medidas que se aproximen al valor verdadero mediante los instrumentos de medicin.

Determinar las densidades de cuerpos regulares e irregulares y de lquidos.

Determinar las temperaturas de congelacin y ebullicin del agua.

Utilizar mtodos estadsticos.

Realizar un anlisis de los datos experimentales que se dieron en el desarrollo del experimento.

Realizar operaciones con las magnitudes derivadas sobre la base de los datos experimentales.

Aprender el manejo de los instrumentos de laboratorio involucrados en los experimentos.

2 FUNDAMENTO TEORICO

Las caractersticas de la materia que sirven para definirla y diferenciarla se las denomina propiedades. Entre las propiedades de la materia se pueden distinguir propiedades fsicas y propiedades qumicas.

Las propiedades fsicas constituyen aquellas propiedades de los cuerpos que pueden medirse o apreciarse sin producir ninguna alteracin en la constitucin de la materia, mientras que en las propiedades qumicas implican una alteracin en la constitucin de la materia.

Una propiedad fsica de los slidos, lquidos y gases de mucha importancia y de gran utilidad en la qumica es la densidad.

Para medir la densidad se debe medir la masa y el volumen del cuerpo, dos magnitudes que se pueden medir con diferentes instrumentos.

2.1 Densidad.

La densidad Absoluta, denominada tambin densidad de una sustancia, es la masa que tiene una sustancia por unidad de volumen y se puede expresar como:

Las unidades ms comunes en las cuales se expresa la densidad son:

Por lo general, la densidad de los lquidos y slidos se expresa en gramos por centmetro cbico o en gramos por milmetro; mientras que la densidad de los gases se expresa en gramos por litro.

En el sistema S.I. la unidad fundamental es el kilogramo por metro cbico.

La densidad de los cuerpos muestra una diferencia cuantitativa entre los distintos estados de agregacin de la materia, los gases tienen densidades muy bajas ya que en sus molculas se encuentran muy separadas entre si, es decir, que ocupan un volumen muy grande. Los lquidos por el contrario tienen densidades mucho mayores, debido a que en ellos las partculas que los conforman estn ms cerca unas a otras, por lo tanto ocupan un menor volumen que el ocupado por la misma masa de gas. En los slidos las partculas se encuentran en un estado mas compacto y por lo tanto ocupar un volumen mucho menor y su densidad ser mucho mayor. Una excepcin a esta regla la ofrece el agua, en ella las molculas se mantienen separadas por medio de puentes de hidrgeno, lo cual produce una estructura mas abierta y un mayor volumen, dando como resultado que el hielo tiene menor densidad que el agua en estado liquido.

Al analizar la densidad de cualquier cuerpo se debe tomar en cuenta su temperatura, ya que al aumentar la temperatura de un cuerpo este se dilata, aumentando por consiguiente su volumen, mientras que la masa permanece constante. Si el volumen varia en forma directamente proporcional con la temperatura; la densidad varia en una relacin inversamente proporcional con la temperatura, de un modo general, para la mayor parte de las sustancias es posible afirmar que a mayor temperatura, menor densidad. Por lo consiguiente, en toda determinacin de la densidad se debe tomar en cuenta la temperatura.

Uno de los casos en las densidades ocurre con los slidos granulares; en la cual se da la densidad aparente, la cual es una densidad aproximada debido al aire existente entre las partculas, por lo tanto es funcin del tamao de las partculas y es necesario especificar esta variable.

El mtodo ms exacto para determinar la densidad, es el uso del principio de Arqumedes. El principio de Arqumedes establece que un objeto sumergido en un fluido (lquido o gas) es sometido a una fuerza de empuje igual al peso del fluido que desplaza. La diferencia entre el peso de la sustancia en el vaco y el peso de la sustancia en el fluido es la fuerza de empuje y es igual al peso del fluido desplazado.

En la determinacin de la densidad de un slido o liquido, la masa en el aire es tomada como la masa en el vaco, debido a que la masa del aire desplazado es despreciable comparada con la masa de un volumen igual de slido o liquido de una manera indirecta.

Para hallar la densidad del slido por ste ltimo mtodo se utiliza la siguiente frmula.

Dnde: mslido en el aire = masa obtenida en una balanza y mslido en el lquido = masa obtenida donde el slido est sumergido en el lquido.

Densidad Baume. En laboratorio se dispone de un densmetro para la determinacin de la densidad del cido sulfrico, si bien no existe una relacin matemtica entre la concentracin de una disolucin y su densidad, existe una relacin unvoca entre ambas magnitudes, esto es, a cada concentracin corresponde una sola concentracin. Para diversas sustancias se ha determinado esta relacin, por lo cual, conocida la densidad de una disolucin dada puede hallarse la concentracin a que corresponde.

Esta relacin, aunque en forma algo distinta, se ha utilizado en la industria, al dar la concentracin de las disoluciones de algunas sustancias en grados Baum (B), segn una escala establecida por el qumico francs Antoine Baum. La escala Baum equivale en realidad a una escala de densidades tomando como puntos fijos de aquella, el agua pura y una disolucin al 10% de cloruro sdico.

La relacin entre los grados B y la densidad depende algo de la temperatura. A temperatura ambiente, en realidad a 15.55 C, se han establecido las siguientes relaciones:

Lquidos ms densos que el agua:

(

Lquidos menos densos que el agua:

(

Siendo n los grados Baum y ( la densidad relativa de la disolucin respecto al agua a la misma temperatura. Se conocen y utilizan otras relaciones muy aproximadas a stas.

Densidad relativa. Es la relacin existente entre la densidad absoluta de una sustancia a la densidad de otra sustancia conocida como de referencia.

Densidad relativa conocida tambin como gravedad especifica o peso especifico relativo, matemticamente es relacionada de la siguiente manera:

Donde:

(x = densidad de la sustancia

(ref = densidad de la sustancia de referencia

La densidad relativa no tiene unidades por lo tanto es adimensional. Es de uso general considerar al agua como la sustancia de referencia para slidos y lquidos, cuya densidad es igual a 1.00 g/cm3, a la temperatura de 4 C ; y el aire para gases siendo su densidad igual a 1.29 g/l, a 0 C de temperatura y 1 atm de presin.

Las sustancias de referencia o patrn para los estados slido, lquido y gaseoso son:

SUSTANCIA PATRNAGUAAIREOXGENOHIDRGENO

DENSIDAD1 g/ml a 4 C1.293 g/( a 1 atm y 0 C1.429 g/( a 1 atm y 0 C0.0899 g/( a 1 atm y 0 C

PARA ESTADOSlido y lquidoGaseosoGaseosoGaseoso

2.2 Temperatura.La temperatura es la medida del contenido calrico de un cuerpo, es una medida de la energa en forma de calor y se mide en diferentes unidades.

Para asignar a cada nivel trmico un valor numrico es necesario disponer de una escala de medida de la temperatura. Se han creado 4 escalas de temperatura.

Unidades absolutas: R grados Rankine, K grados Kelvin

Unidades relativas: C grados centgrados, F grados Farenheight

Las diferentes escalas estn relacionadas por:

2.3 VolumenEspacio que ocupa un cuerpo. Su unidad fundamental en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cbico (m3) y en el Sistema Ingls es el pie cbico (ft3). El centmetro cbico (cm3) y el litro (l) son unidades de volumen muy utilizadas y el litro se puede representar con mltiplos y submltiplos.2.4 MasaCantidad de materia que posee un cuerpo. Su unidad fundamental en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg) y en el Sistema Ingls es la libra (lb). El gramo (g) es una unidad de masa muy utilizada y se puede representar con mltiplos y submltiplos.2.5 Flujo volumtrico

Endinmica de fluidos,caudales la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumtrico o volumen que pasa por un rea dada en la unidad de tiempo. Sus unidades son las de volumen y tiempo. En el Sistema Internacional de Unidades es el m3/s2.6 Voltaje Latensin,voltajeodiferencia de potenciales unamagnitud fsicaque impulsa a loselectronesa lo largo de un conductor en uncircuito elctricocerrado, provocando el flujo de unacorriente elctrica. La diferencia de potencial tambin se define como el trabajopor unidad decargaejercido por elcampo elctrico, sobre unapartcula cargada, para moverla de un lugar a otro. Se puede medir con unvoltmetro. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de voltaje es el voltio (V volt.)

3 MATERIALES Y REACTIVOS3.1 Materiales

ITEMMATERIALCARACTERSTICACANTIDADITEMMATERIALCARACTERSTICACANTIDAD

1

Termmetro de Hg0 C a 100 C19Matraz Aforado50 ml1

2BalanzaElctrica110Vaso de precipitado250 ml1

3

Balanza de densidadesWestphal111Vaso de precipitado1000 ml1

4

Caja de slidos granularesCaja metlica112Soporte universal con pinzaMetlico1

5Probeta50 ml113CronmetroDigital1

6Probeta100 ml114Regla milimtricaVernier1

7Pipeta10 ml115Densmetro4

8Bureta50 ml116Piseta1

3.2 Reactivos y objetos de medicinITEMREACTIVOCARACTERSTICAITEMREACTIVOCARACTERSTICA

1

Slido regularDiversas formas5AceiteComn

2

Slido irregularMetlico6KeroseneCombustible

3Slido granularDiversas clases7Agua destilada

4Alcohol etlicoMezcla alcohol y agua8

cido sulfricoSolucin diluida

4 Procedimiento4.1 Medidas de temperatura4.1.1 Temperatura ambiente

Con un termmetro de mercurio suspendido de la pinza del soporte universal, se realizarn lecturas de la temperatura ambiental.

4.1.2 Temperatura de Ebullicin

En un vaso de Precipitados de 250 a 500 ml se vierte agua hasta un 60% de su capacidad. Teniendo en cuenta las recomendaciones del docente en cuanto a la manera correcta de calentar un lquido y al manejo del termmetro, se va controlando de manera peridica la temperatura del agua.

La temperatura de ebullicin del agua correspondiente a la altura de La Paz, ser la temperatura mxima invariable.

4.1.3 Temperatura de Fusin del Hielo

En un vaso de precipitados de 250 ml colocar hielo granulado y agua hasta la mitad del vaso y esperar a que se establezca el equilibrio de fusin, medir la temperatura del hielo cuidando que el bulbo del termmetro quede cubierto por el hielo. La temperatura de fusin ser la mnima invariable.4.2 VolumenSe realizarn determinaciones de volumen de diferentes sustancias.

4.2.1 Slidos granulares

Para la determinacin del volumen, se utiliza una caja metlica, llenando la misma con el slido regular y enrasando con la ayuda de una regla o esptula. El volumen del slido ser el resultante de la medida del volumen del recipiente.

4.2.2 Slidos Regulares

El volumen de slidos de forma geomtrica regular se determinar por la media de sus dimensiones caractersticas.

4.2.3 Slidos Irregulares

El volumen de slidos de forma irregular se determina por el desplazamiento de un lquido en un recipiente graduado. Utilizaremos una probeta graduada conteniendo agua hasta cierto nivel, luego se sumergir el slido, la diferencia de niveles ser el volumen del slido

4.2.4 Lquidos

El volumen de lquidos se determinar con ayuda de instrumentos volumtricos. El objetivo del experimento es que el alumno practique el uso de la probeta, y matraz aforado. En el caso del matraz aforado se deber pesar tambin su contenido.

4.3 MasaSe realizarn determinaciones de masa de las mismas sustancias utilizadas en el anterior inciso (slidas y lquidas), con y sin recipiente que las contenga. Utilizando la balanza elctrica.

4.4 Flujo volumtricoLa determinacin del flujo volumtrico de los grifos de laboratorio se realiza con ayuda de una probeta graduada y un cronmetro, ya sea anotando el tiempo necesario para un determinado volumen prefijado o para un tiempo fijado medir el volumen que se almacena en la probeta. Se recomienda tratar de tener un flujo constante del grifo. Realizar varias mediciones para sacar promedios.

4.5 Voltaje

El objetivo principal es aprender el manejo del tster o multmetro, que se usa para mediciones de variables elctricas. El docente realizar la explicacin del manejo de este instrumento y luego los estudiantes efectuarn mediciones de voltaje de las tomas de laboratorio con una secuencia de media hora.

4.6 Densidad de Slidos de Geometra Regular

Se determinar el volumen del slido por su forma geomtrica, la masa se la obtiene por medio de la balanza elctrica. Con estos datos se calcular su densidad promedio.

4.7 Densidad de Slidos Amorfos

Para determinar la densidad de slidos amorfos se realiza por el mtodo indirecto, es decir, se obtiene la masa del slido por medio de la balanza, luego se vierte suficiente agua en una probeta graduada, se introduce el slido en la probeta de tal manera que est sumergido en el agua. Se registran los volmenes inicial y final. Tener cuidado de que no existan burbujas de aire en el interior de la probeta, para que las lecturas de los meniscos sean correctas. Calcular la densidad promedio del slido amorfo.

Tambin se puede determinar la densidad de un slido amorfo utilizando el principio de Arqumedes. Medimos la masa del slido en el aire utilizando la balanza elctrica, luego se determina la masa del slido sumergido en agua destilada utilizando la balanza de Westphal.

Para hallar la densidad del slido por ste ltimo mtodo se utiliza la siguiente frmula.

Donde: mslido en el aire = masa obtenida en una balanza y mslido en el lquido = masa obtenida donde el slido est sumergido en el lquido.

4.8 Densidad de Slidos Granulares

En un recipiente de volumen conocido, se coloca el slido granular en rasndolo. Determinamos la masa del recipiente vaco y seco, y tambin cuando contiene al slido granular, por diferencia se obtiene la masa del lquido, como el volumen es conocido se calcula su densidad.

La densidad de un lquido tambin se puede calcular utilizando un densmetro. Para lo cual se vierte un lquido en una probeta, se sumerge en este densmetro, teniendo cuidado que se encuentre al centro del recipiente, haciendo girar el densmetro se espera que se estabiliza y se lee en su escala la densidad.

4.9 Densidad del cido sulfrico

La densidad del cido sulfrico se puede determinar en forma indirecta utilizando un densmetro que nos permite medir los grados Baum (n), y a partir de las relaciones empricas establecidas calcular la densidad del cido sulfrico.

4.10 Densidad del alcohol etlico

La densidad del alcohol etlico se determina en forma indirecta utilizando un alcoholmetro, en el cual nos permite medir grados Gay Lussac, es decir, la composicin centesimal en %V/V del alcohol, conociendo esta composicin y la densidad del agua obtenida experimentalmente, se puede determinar la densidad del alcohol.

5 Datos Experimentales

5.1 Medidas de Temperatura

Termmetro de MercurioTemperatura en CAlumno 1Alumno 2Alumno 3Alumno 4

Temperatura Ambiente21202020

Temperatura de ebullicin del agua808686,586

Temperatura de fusin del hielo1111

5.2 Volumen

Slido Regular

Dimensin caracterstica

(la que corresponda)Alumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Arista [cm]4,904,904,904,90

Longitud (cm(4,904,904,904,90

Ancho (cm(4,904,904,904,90

Altura [cm]4,904,904,904,90

Dimetro [cm]2,452,452,452,45

Slido Irregular

Volumen en la probetaAlumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Volumen lquido inicial (cm3(30303030

Volumen lquido final (cm3(36363636

Slido Granular

Dimensiones internasAlumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Longitud de la caja [cm]5,605,655,655,60

Altura de la caja (cm(2,652,702,702,65

Ancho de la caja (cm(2,652,702,652,70

Lquidos con matraz aforadoLquidoAlumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Agua50505050

Alcohol50505050

5.3 Masa

Slido Regular

Alumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Masa del slido regular [g]27,0327,0327,0327,03

Slido Irregular

Alumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Masa del slido irregular [g]49,6549,6549,6549,65

Slido Granular

Alumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Masa de la caja vaca [g]26,8726,8726,8726,87

Masa de la caja llena [g]82,2782,2782,2782,27

Masa slido granular [g]55,4055,4055,4055,40

Lquidos

LquidoAlumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Agua

Matraz aforado vacio [g]36,3236,3236,3236,32

Matraz aforado lleno [g]86,0686,0686,0686,06

Alcohol

Matraz aforado vacio [g]36,3236,3236,3236,32

Matraz aforado lleno [g]76,6276,6276,6276,62

5.4 Flujo volumtricoDatos de flujo con probetaAlumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4

Volumen recibido [cm3]60605553

Tiempo [s]5556

5.5 VoltajeToma NoHoraAlumno 1Alumno 2Alumno 3Alumno 4

22012:31224224224224

12:33223223223223

12:43223223223223

5.6 DensidadMtodo Directo (con densmetro)

LquidoAlumno 1Alumno 2Alumno 3Alumno 4

H2O [g/cm3]1,001,001,001,00

C2H5OH [% vol] [GL]97%97%97%97%

H2SO4 [Be]5,65,65,65,6

Aceite [g/cm3]0,9180,9180,9180,918

Kerosene [g/cm3]----

Mtodo de ArqumedesAlumno 1Alumno 2Alumno 3

Peso del slido en el aire [g]49,9549,9549,95

Peso del slido en agua [g]43,9043,9043,90

Densidad del agua [g/cm3]111

6 Clculos

NOTA: Todos los Clculos realizados en el informe se realizaron a un nivel de confianza del 95%

6.1 Temperaturas

Temperatura en CAlumno 1Alumno 2Alumno 3Alumno 4Promedio

Temperatura Ambiente2120202020,25

Temperatura de ebullicin del agua808686,58684, 63

Temperatura de fusin del hielo11111

-Temperatura Ambiente

[C]-Temperatura de ebullicin del agua

[C]-Temperatura de fusin del hielo

[C]6.2 Volumen

Dimensin caracterstica

(la que corresponda)Alumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4Promedio

Arista [cm]4,904,904,904,904.90

Longitud (cm(4,904,904,904,904.90

Ancho (cm(4,904,904,904,904.90

Altura [cm]4,904,904,904,904.90

Dimetro [cm]2,452,452,452,452.45

Muestra Proporcionada (CUBO):

[]

[]

6.3 Masa

Slido Regular

Alumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4Promedio

Masa del slido regular [g]27,0327,0327,0327,0327.03

[gr]Slido Irregular

Alumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4Promedio

Masa del slido irregular [g]49,6549,6549,6549,6549.65

[gr]Slido Granular

Alumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4Promedio

Masa de la caja vaca [g]26,8726,8726,8726,8726.87

Masa de la caja llena [g]82,2782,2782,2782,2782.27

Masa slido granular [g]55,4055,4055,4055,4055.40

Masa de la caja vaca [gr]Masa de la caja llena [gr]Masa slido granular [gr]Lquidos

LquidoAlumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4Promedio

Agua

Matraz aforado vaco [g]36,3236,3236,3236,3236.32

Matraz aforado lleno [g]86,0686,0686,0686,0686.06

Alcohol

Matraz aforado vaco [g]36,3236,3236,3236,3236.32

Matraz aforado lleno [g]76,6276,6276,6276,6276.62

-AGUA Matraz aforado vaco [gr]

Matraz aforado lleno [gr]

Masa de agua: m = 86.06 - 36.32 = 49.74 [gr] [gr]-ALCOHOL Matraz aforado vaco [gr]

Matraz aforado lleno [gr]

Masa de alcohol: m = 76.62 36.32 = 40.3 [gr] [gr]

6.4 Flujo volumtricoDatos de flujo con probetaAlumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4Promedio

Volumen recibido [cm3]6060555357

Tiempo [s]55565.25

[]

6.5 VoltajeToma NoHoraAlumno 1Alumno 2Alumno 3Alumno 4Promedio

22012:31224224224224224

12:33223223223223223

12:43223223223223223

[Voltios]

[Voltios]

[Voltios]

Densidad

Slido regularDatos del solido regularAlumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4Promedio

Masa [gr]27.0327.0327.0327.0327.03

Volumen [ml]117.65117.65117.65117.65117.65

[]

[] Slido irregular

Alumno 1Alumno 2Alumno 3Promedio

Peso del slido en el aire [g]49,9549,9549,9549.95

Peso del slido en agua [g]43,9043,9043,9043.90

Densidad del agua [g/cm3]1111

[]

[] Slido granular

Datos del solido granularAlumno 1Alumno 2

Alumno 3Alumno 4Promedio

Masa [gr]55.4055.4055.4055.4055.40

Volumen [ml]39.3241.2040.4240.0640.25

[]

[]Lquidos (agua y alcohol)

LquidoAlumno 1Alumno 2Alumno 3Alumno 4

H2O [g/cm3]1,001,001,001,00

C2H5OH [% vol] [GL]97%97%97%97%

-Para el agua [] []-Para el Alcohol etlico

[] []A

AX

A

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