PRÁCTICA 1. IDENTIFICACIÓN Y MANEJO DE MATERIAL DE LABORATORIO: PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES Y MEDIDA DE DENSIDADES

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1 PRÁCTICA 1. IDENTIFICACIÓN Y MANEJO DE MATERIAL DE LABORATORIO: PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES Y MEDIDA DE DENSIDADES OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1) Identfcar y manejar el materal básco de laboratoro. ) Preparar dsolucones correctamente. 3) Medr densdades a partr de las masas y los volúmenes. 4) Elaborar y utlzar una recta de calbrado. MATERIAL DE LABORATORIO El materal de vdro es uno de los elementos fundamentales en el laboratoro. Sus ventajas son su carácter nerte, transparenca, manejabldad y la posbldad de dseñar pezas a medda. Su mayor nconvenente es la fragldad. Exsten otros utenslos, en su mayoría metálcos, y que se llaman materal auxlar. A contnuacón ndcamos las funcones de algunos de los utenslos más utlzados en el laboratoro y mostramos sus dbujos. NOMBRE FUNCIÓN de elementos de medcón Balanza de precsón Medr masas de sustancas sóldas con precsón alta. Balanza electrónca Bureta Matraz aforado Ppetas Probeta graduada Termómetro Medr masas de sustancas sóldas. Medr volúmenes con precsón (por ejemplo en las valoracones). Medr volúmenes exactos de dsolucones. Medr volúmenes con precsón. Medr líqudos cuando no es necesara una gran precsón. Medr temperaturas. NOMBRE Matraz de fondo redondo FUNCIÓN de elementos de calefaccón Calentar líqudos cuyos vapores no deben estar en contacto con la fuente de calor. 1

2 Matraz erlenmeyer Mechero bunsen Tubos de ensayo Vaso de precptados Refrgerante Matraz de destlacón Son matraces de paredes rectas, muy usados para las valoracones. Se pueden calendar drectamente sobre la rejlla. Constan de un tubo vertcal, enroscado en su parte baja a un pe por donde entra el gas. Medante un aro metálco móvl se regula la entrada de are. La mezcla se encende por la parte superor. Dsolver, calentar o hacer reacconar pequeñas cantdades de sustanca. Preparar, dsolver o calentar sustancas. Permten ser calentados sobre la rejlla. El vaso de precptados no srve para medr volúmenes, sus marcas son sólo orentatvas. Se utlza para condensar el vapor en las destlacones. Para ello se hace crcular agua (contracorrente) por la camsa exteror. Para ofrecer una mayor superfce y aumentar el ntercambo de calor, el vapor crcula a través de unos ensanchamentos (bolas). En otros modelos, es a través de un serpentín, y a veces, smplemente un tubo recto. Para calentar líqudos, cuyos vapores deben segur un camno oblgado (haca el refrgerante), por lo cual cuentan con una salda lateral. NOMBRE Pnza de madera Pnza para matraz Aro Metálco Nuez Soporte unversal Gradlla Rejlla de Metal con centro de asbesto Trípode FUNCIÓN de elementos de soporte Sujetar tubos de ensayo calentes. Sujetar el matraz. Es un componente mportante para el montaje. Se utlza para calentar y sujetar. Sujetar aro, pnza y otros soportes smlares. Peza básca en el montaje de los sstemas y aparatos como pnzas y anllos de metal. Apoyar tubos de ensayo. Calentar ndrectamente ya que la llama del mechero se concentra en el anllo. Soporte de vaso de precptado, matraces, etc. NOMBRE Embudo cónco Embudo büchner FUNCIÓN de elementos varos Trasvasar líqudos de un recpente a otro. Tambén se utlza en operacones de fltracón. Es un embudo con la base agujereada. Se acopla por su extremo nferor medante un corcho taladrado al matraz ktasato. Encma de los orfcos se coloca un papel de fltro.

3 Matraz ktasato Embudo de decantacón Vdro de reloj Varlla de vdro Mortero Escoblla Frasco lavador Se utlza para fltrar sustancas pastosas. Es un matraz de pared gruesa, con una tubuladura lateral. En la boca se acopla, medante un corcho agujereado el büchner, y en la tubuladura, medante una goma, la trompa de agua (o trompa de vacío). De esta forma se consgue fltrar sustancas pastosas. Se utlza para separar líqudos nmscbles y para efectuar extraccones. Para ello se deja en reposo, y cuando las dos fases están separadas, se va dejando caer la nferor, cerrando la llave cuando ésta ha pasado. Cubrr recpentes, pesar, transferr sóldos y evaporar líqudos a temperatura ambente. Mezclar o agtar sustancas. Machacar y/o trturar sustancas sóldas. Lmpar el materal de laboratoro. Enjuagar el materal de laboratoro. Balanza de precsón Balanza electrónca Bureta Matraz aforado Ppeta aforada y ppeta graduada Probeta graduada Termómetro Matraz de fondo redondo 3

4 Matraz erlenmeyer Mechero bunsen Gradlla y tubos Vaso de de ensayo precptados Refrgerante Alargadera Matraz de destlacón Pnza de madera Soporte, aro, pnza y nuez Trípode y rejlla Embudo cónco Embudo büchner y matraz ktasato 4 Embudo de decantacón

5 Vdro de reloj y varlla de vdro Mortero Escoblla Frasco lavador DESARROLLO DE LA PRÁCTICA PREPARAR 5 DISOLUCIONES DE SACAROSA EN AGUA Al 0%, 3%, 7%, 1% y 15% en peso aproxmadamente CALCULAR LA CONCENTRACIÓN REAL DE ESTAS DISOLUCIONES Expresar las concentracones en % peso, molardad y molaldad DETERMINAR LA DENSIDAD DE LAS 5 DISOLUCIONES HACER UNA RECTA DE CALIBRADO CON ESTOS VALORES OBTENER LA DENSIDAD DE LAS DISOLUCIONES PROBLEMA OBTENER LAS CONCENTRACIONES DE LAS DISOLUCIONES PROBLEMA Expresar las concentracones en % peso, molardad y molaldad 5

6 PARTE EXPERIMENTAL 1. Preparar cnco dsolucones de azúcar (sacarosa, peso molecular 34.3 g/mol) de aproxmadamente 0, 3, 7, 1 y 15 por cento en peso. Estmamos la cantdad de azúcar necesara en funcón del tamaño de los matraces aforados de los que dspongamos, la preparamos y pesamos, dando fnalmente la concentracón exacta (utlzando la lectura de la balanza) en molardad, molaldad y en tanto por cento en peso real para cada una de las dsolucones. Para pesar el azúcar se van a utlzar las balanzas de precsón. Para hacer las dsolucones se enrasará en los matraces aforados, dsolvendo prevamente el azúcar en un vaso de precptados con una cantdad de agua menor al volumen del matraz aforado que se vaya a utlzar.. Calcular la densdad del agua pura y de cada dsolucón de azúcar pesando 10 ml de cada una de las muestras. Se tomarán los 10 ml con la ppeta aforada y se verterán sobre un vaso de precptado pequeño puesto en la plataforma de la balanza de precsón ( tarar la escala de la balanza a cero antes de verter sobre el vaso). 3. Con los valores obtendos de densdad y concentracón molar hacer la recta de calbrado ajustando los cnco puntos a una recta por mínmos cuadrados ver anexo-. (Dar la ecuacón de la recta y el coefcente de regresón). 4. Tomar muestras de las dsolucones problema (P1 y P) de concentracón desconocda (podría provenr de un río o del plasma sanguíneo de un ser vvo, por ejemplo). Medr la densdad de la muestra problema y utlzar la recta de calbrado (la obtenda medante mínmos cuadrados) para calcular la concentracón de azúcar de dchas muestras. 5. Completar la tabla sguente e ndcar las undades [ ] en cada columna: Dsolucón % peso aprox. % peso Molardad [ ] Molaldad [ ] Densdad [ ] P1 (roja) - P (verde) - 6

7 ANEXO: AJUSTE A UNA RECTA POR MÍNIMOS CUADRADOS Expermentalmente es muy frecuente que supongamos que dos magntudes x e y están relaconadas y que hagamos medcones de y para dstntos valores de x. Por ejemplo, puede medrse el volumen de un determnado gas en funcón de la temperatura a presón constante. Una vez obtendos las dos seres de datos, x e y, podemos preguntarnos s de verdad exste una relacón entre ambos (en el ejemplo anteror entre el volumen y la temperatura del gas). Una forma senclla de saberlo es representar los valores en una gráfca y ver s exste alguna funcón para la que se cumpla y = f(x) (exacta o aproxmadamente). Uno de los casos más comunes es cuando la relacón entre ambas varables es lnear, es decr y se puede escrbr como: y = a x + b donde a y b son constantes. Sn embargo, este método vsual de establecer la dependenca entre dos varables puede llevarnos a error, puesto que ncluye un componente subjetvo. Lo que necestamos es un método matemátco que nos cuantfque la bondad de la suposcón que hacemos, en este caso que y es una funcón lneal de x y que nos dé los valores de a y b para la mejor recta posble (la que pase lo más cerca posble de todos los pares x,y). Es decr, que nos srva para verfcar la hpótess de que la relacón entre las varables x e y es lneal. Este método es el: Método de los mínmos cuadrados Supongamos que hay n pares de medcones (x 1, y 1 ), (x, y ),... (x n, y n ) y que los errores están en su totaldad consderados en los valores de y (es decr, conocemos exactamente el valor de x). S suponemos que y es exactamente ax + b, el error cometdo en la medda será: y a x b. La mejor recta será aquella cuyos valores de a y b mnmcen la suma de los errores para todas las medcones, porque será aquella que en conjunto se desvíe menos del conjunto de datos en general. Sn embargo, esto tene el problema de que algunos errores pueden ser postvos y otros negatvos. S lo que nosotros mramos es la suma total, algunos se cancelarían entre sí, lo que no tene sentdo. Para evtarlo lo que hacemos es mnmzar la suma de los cuadrados de los erorres, que sempre será postva. Tenemos entonces: Y (y -ax -b) X 7

8 = (y ax b) = mn. Aplcando la condcón de mínmo: a b = = x (y ax b) = 0 (y ax b) = 0 a x + b x = a x + bn = y x y La últma ecuacón muestra que la mejor recta pasa a través del punto: x y x =, y = es decr, por el centro de gravedad de todos los puntos. n n x y x y a = x x x b = y ax Sn embargo, nosotros podríamos obtener valores de a y b para cualquer conjunto de datos, estuveran relaconados o no. El parámetro que nos cuantfca s de verdad y es una funcón lneal de x es el coefcente de correlacón, que tene la expresón: r = nx y xy [ nx ( x ) ]. ny ( y ) { [ ]} 1 / Los valores de r se encuentran sempre en el ntervalo [-1, 1]. S r 1, exste correlacón entre x e y, es decr, y depende lnealmente de x. Por el contraro s r 0 debe conclurse que x e y son ndependentes (o que y no depende lnealmente de x) y por lo tanto carece de sentdo expresar y = ax + b. En general, s r < 0.8, la correlacón entre x e y es defcente. El coefcente de correlacón nos permte entonces verfcar la hpótess de partda que ndcaba que la relacón entre los valores x e y es lneal. S la hpótess es verdadera, el coefcente será próxmo a 1 (en valor absoluto), y s es falsa, r será menor de

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