Universidad Metropolitana Centro de Aguadilla Laboratorio de Química. Medidas de Masa y Densidad e Incertidumbre

Transcripción

1 Universidad Metropolitana Centro de Aguadilla Laboratorio de Química Medidas de Masa y Densidad e Incertidumbre Objetivos: Reconocer la incertidumbre en las medidas Familiarizarse con las medidas de longitud, masa y volumen. Aprenderá como pesar objetos adecuadamente en una balanza. Medir volúmenes utilizando un cilindro graduado. Calcular la densidad de varias substancias. Teoría: A. Incertidumbre en las medidas Una medida consiste de dos partes: el numero (magnitud) y la unidad. Un número sin la unidad no tiene significado alguno. A diario utilizamos las medidas en distintos aspectos, ejemplo: al medir la temperatura ambiente, la distancia en que viajamos, el peso de alimentos que compramos, entre otros. La ciencia se desarrollo con amplitud cuando se inventaron los instrumentos para tomar medidas, esto le facilito a la comunidad científica el poder reproducir los datos obtenidos en sus experimentos. Los números que representan las medidas se obtienen leyendo alguna escala en un instrumento. El instrumento que se utiliza va a depender de lo que se quiere medir y de la cantidad que se quiere medir. Por ejemplo: la longitud se mide utilizando reglas o cintas métricas, la masa utilizando balanzas y el volumen utilizando cilindros graduados o probetas. Toda medida experimental envuelve un grado de incertidumbre o error, cuya magnitud depende de las limitaciones del instrumento utilizado y de la habilidad del individuo que hace la medida. Es por ello cuando anotamos una medida siempre se incluyen todos los dígitos que se conocen con certeza y el ultimo digito que es el valor estimado. Todos los dígitos informados en una medida (los conocidos y el estimado) se conocen como cifras significativas. 1

2 Los errores en una medida se pueden clasificar en: a. Errores sistémicos este error proviene de la calibración del instrumento o por el uso incorrecto de una técnica. Se pueden identificar y corregir. b. Errores al azar provienen de un sinnúmero de variables. Se minimizan haciendo varias replicas en las medidas y obteniendo un valor promedio (x). B. Medidas de Masa La masa es una medida de la cantidad de materia, se mide en una balanza y su unidad de medida es en gramo (g) o cualquiera de sus múltiplos o submúltiplos (kg, mg, etc.). El instrumento utilizado para determinar la masa de un objeto se conoce como balanza, hay varios tipos de balanzas unas más precisas que otras. La balanza es un instrumento de medición que permite medir la masa de un objeto. Existen distintos tipos de balanzas: analíticas, de precisión, industriales y micro balanzas con las que se pueden conseguir distintas precisiones en la medida de la masa. Las balanzas analíticas son ideales para realizar mediciones precisas y confiables. Estas suelen estar encerradas en una urna de vidrio para que no les afecten las corrientes de aire. Antes de su uso, es preciso verificar si la balanza está calibrada. Cada balanza tiene un campo de pesada máximo y mínimo. Hay reglas generales que aplican al uso de cualquier tipo de balanzas: REGLA 1: Examina la balanza y verifica la capacidad de pesaje. Nunca coloque objetos en la balanza que excedan esta capacidad. REGLA 2: Asegúrese que la balanza esté calibrada y antes de pesar que marque cero. De lo contrario tare la misma. REGLA 3: Deberá realizar la pesada de reactivos en envases correspondientes, no se colocarán sustancias directamente al metal de la balanza. REGLA 4: Nunca se pesarán objetos o sustancias calientes; cuando lleguen a temperatura ambiente se podrá realizar la pesada. REGLA 5: Mantenga la balanza seca y limpia. Propiedades de la Materia: Los científicos dividen las propiedades de la materia en dos categorías: propiedades extensivas y propiedades intensivas. Las propiedades extensivas dependen de la cantidad de la materia (del tamaño de la muestra). Algunos ejemplos de propiedades extensivas son la masa, el volumen, el peso y la cantidad de sustancia. Las propiedades 2

3 intensivas son independientes del tamaño de la muestra y pueden servir para identificar una sustancia pura. Algunos ejemplos de propiedades intensivas son la temperatura, la densidad, punto de ebullición y punto de fusión. Por ejemplo: Si se tiene un litro de agua, su punto de ebullición es 100 C. Si se agrega otro litro de agua, el nuevo sistema, formado por dos litros de agua, tiene el mismo punto de ebullición que el sistema original. Determinando la densidad de substancias: La densidad es una propiedad física de la materia que describe el grado de compacidad de una sustancia. La densidad describe cuán unidos están los átomos de un elemento o las moléculas de un compuesto. Mientras más unidas están las partículas individuales de una substancia, más densa es la substancia. La densidad es una propiedad intensiva de la materia definida como la relación de la masa de un objeto dividida por su volumen. Densidad = Masa/Volumen ó D= m/v Las unidades para la densidad, según lo establece el Sistema Internacional de Medidas (SI) son: g/ml para líquidos y g/cm 3 para sólidos. La masa es la cantidad de materia contenida en un objeto y comúnmente se mide en unidades de gramos (g). El volumen es la cantidad de espacio ocupado por la cantidad de la materia y es comúnmente expresado en centímetros cúbicos milímetros (ml). (cm 3 ) o en Ejemplo 1: Un ladrillo típico tiene una masa de g y ocupa un volumen de cm 3. La densidad del ladrillo es por tanto: g/1.230 cm 3 = 1.84 g/cm 3 Ejemplo 2: Algunas piezas de aluminio (Al) pesan g. Para determinar el volumen de esas piezas el investigador utilizó un cilindro graduado. Primero añadió 20.0 ml de agua. Luego añadió las piezas de aluminio y el volumen fue de 21.2 ml. Cuál es la densidad del aluminio? Masa de las piezas de Al m= g Volumen de las piezas de Al v= (21.2 ml ml) = 1.2 ml Densidad de Al D=m/v = (3.188 g / 1.2 ml)= 2.7 g/ml 3

4 Procedimiento: I. Uso de la Probeta La probeta es un instrumento calibrado para medir volúmenes. El líquido forma una superficie curva que se conoce como menisco. El volumen del líquido se lee en la parte inferior del menisco. Para leer el volumen correctamente los ojos deben estar al nivel del menisco (ver figura). Si se está por encima o por debajo del menisco se harán lecturas erróneas. Determine la lectura del líquido en esta probeta: II. Densidad de un sólido irregular Para determinar el volumen de un sólido irregular se utiliza el método de desplazamiento de agua. Se sumerge el sólido en un cilindro graduado con el líquido previamente medido. Se lee el nuevo volumen y la diferencia entre los dos volúmenes será el volumen del sólido. 1. Pese un cilindro graduado limpio y seco de 50 ml. 2. Anote el peso en la hoja de reporte. 3. Coloque una muestra de un sólido desconocido dentro del mismo y pese nuevamente. 4. Por diferencia determine la masa del desconocido. 5. Vacíe el cilindro graduado y guarde el sólido. 6. Añada 20 ml de agua. Anote el volumen exacto. 7. Añada cuidadosamente el sólido. Deje reposar por unos segundos y lea nuevamente el volumen. Anote este volumen en su reporte. 8. Por diferencia determine el volumen del sólido. Calcule la densidad. 4

5 III. Densidad de líquidos y sólidos Densidad de Algunas Sustancias Comunes Sustancia Densidad (g/cm 3 ) Acetona Agua Alcohol Etílico Cobre Aluminio 2.70 Acero 7.86 Bronce A. Densidad del Agua 1. Pese un cilindro graduado limpio y seco de 10 ml. 2. Anote el peso del cilindro en su reporte. 3. Añada agua al cilindro graduado hasta que llegue a 6.0 ml. 4. Anote el peso del agua más el cilindro graduado. Encuentre el peso del agua y anótelo en el reporte. 5. Calcule la densidad del agua. 6. Compare el resultado obtenido con el valor real de la densidad del agua. B. Densidad del Alcohol Etílico 1. Pese un cilindro graduado de 25 ml. Anote el peso. 2. Añada exactamente 10.0 ml de alcohol etílico en el cilindro graduado. 3. Pese el cilindro graduado con el alcohol etílico y anote este peso. 4. Obtenga el peso del alcohol etílico, anótelo en el reporte. 5. Calcule la densidad del alcohol etílico. 6. Compare el resultado obtenido con el valor real de la densidad del alcohol etílico. 5

6 Universidad Metropolitana Laboratorio de Química Medidas de Masa y Densidad Reporte de Laboratorio Nombre: Fecha: Sección: Exprese los resultados con las unidades correspondientes. Parte 1: Densidad de un Sólido Densidad de un sólido Peso del cilindro graduado Peso del cilindro graduado + sólido Peso del sólido Volumen inicial de agua Volumen final del agua Volumen del sólido Densidad del desconocido Sustancia desconocida Muestre los cómputos para calcular la densidad: 6

7 Parte 2: Determinando la densidad de varias substancias a. Densidad del Agua Peso del cilindro graduado Peso del cilindro graduado + agua Peso del agua Volumen del agua Densidad del agua Muestre los cómputos para calcular la densidad: b. Densidad del Alcohol Etílico Peso del cilindro graduado Peso del cilindro graduado + alcohol etílico Peso del alcohol etílico Volumen del alcohol etílico Densidad del alcohol etílico Densidad del alcohol etílico del libro de química Muestre los cómputos para calcular la densidad: 7