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Manual de Experimentos de Química

V. Rodríguez, O. Castellanos

E1 Experimento: Mediciones

Materiales y Reactivos Sustancias sólidas: Cloruro de Sodio (NaCl), hielo, trozo de metal (u otro objeto sólido).Consultar al instructor Balanza granataria y analítica Termómetro 1 vaso de precipitado de 400, 250, 150, y 100 mL Matraz Erlenmeyer de 50 mL. Vidrio de reloj Probeta de 50 mL o 100 mL Gradilla con 3 tubos de ensaye

Introducción La química es una ciencia experimental, y la medición es fundamental para la mayoría de los experimentos, así que resulta muy importante aprender como usar las mediciones adecuadamente. Las mediciones científicas deben ser lo más precisas posibles, lo cual significa en ocasiones hacer una estimación entre la división menor de la escala del instrumento utilizado. Suponiendo que se mide un trozo de alambre usando una regla que mide en décimas de centímetros. Uno de los extremos del alambre se coloca en el cero y la otra punta se localiza entre 1.7 cm y 1.8 cm. alambre

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Como la distancia entre 1.7 y 1.8 cm es muy pequeña, resulta muy difícil determinar el siguiente dígito con exactitud. Se puede estimar la longitud del alambre como 1.74 cm. Si este mismo alambre se mide con un instrumento mas exacto, resulta ser de 1.76 cm. Aunque con error, 1.74 cm es más preciso y por lo mismo más valioso que una medición de 1.7 cm. Si el alambre midiera dos centímetros exactamente, se debe reportar este valor como 2.00 cm, dado que el instrumento de medición (regla) está graduada en décimas de centímetro. Si se reporta su longitud como 2 cm, este valor es erróneo, por que esta cantidad (2 cm) indicaría solamente que la longitud es más cercana a 2 cm que a 1 cm o a 3 cm. Al reportar una medición hay que anotar un número tal que indique que tan cercana a la escala se hizo la lectura. En este caso, con la escala (la regla) se pueden estimar valores de hasta 0.01 cm, por lo tanto la longitud del alambre debe ser reportado como 2.00 cm. Cifras significativas El resultado de multiplicar, dividir o realizar cualquier manipulación matemática no puede dar resultados más precisos que la escala usada en los cálculos. Por ejemplo. Suponga que se tiene un objeto que pesa 3.62 lb. y se quiere calcular su masa en gramos. La multiplicación manual de 3.62 lb. por 453.6 g/lb. da como resultado 1,642.032 g. Reportar esta cantidad como el peso del objeto es absurdo, porque esta cantidad implica una precisión mayor que la usada en la escala. Aunque el factor de conversión tiene cuatro cifras significativas, el peso en libras nada más tiene tres cifras significativas; por lo que debe reportarse como 1640 g. En este caso el cero no puede considerarse significativo. Este valor puede expresarse mas apropiadamente como 1.64 x 103 g. Cantidades precisas contra cantidades aproximadas Para algunos experimentos frecuentemente se hace innecesario medir con exactitud una cantidad de material. Por ejemplo, las instrucciones pueden ser, “pese alrededor de 2 g. de sulfito de sodio”, esto indica que la cantidad a pesar de sal debe ser cercana a 2 g; por ejemplo, se puede pesar entre 1.8 y 2.2 g. Si se pesa exactamente 2.00 g. es una pérdida de tiempo puesto que solo se pide un peso “aproximado a 2 g.” Ahora suponga que se pide pesar alrededor de 2g. de sulfito de sodio con una aproximación de 0.001 g . Esto indica que la cantidad a pesar de sal no debe ser de 2.000 g. sino solo alrededor de 2 g. y esta cantidad debe pesarse con una exactitud de 0.001 g. Por lo tanto, cuatro estudiantes pueden pesar sus muestras con valores de 2.141 g, 2.043 g, 1.812 g y 1.937 g, respectivamente y todos siguieron las instrucciones correctamente.

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Masa Para pesar se pueden usar diferentes tipos de balanzas. Para este curso se usarán la balanza granataria de un platillo y la balanza analítica digital (eléctrica). En la construcción y funcionamiento de las balanzas analíticas de sustitución se aplica el principio de la balanza de primer grado. Y aunque las balanzas funcionan bajo el mismo principio, estas difieren en la forma, capacidad máxima de carga, sensibilidad, colocación y forma de botones. Preferentemente, las balanzas analíticas serán instaladas sobre planchas de granito empotradas a la pared o sobre planchas de mesa con carpeta de granito que descansen sobre columnas que eviten el paso de vibraciones propias del subsuelo. A. Temperatura El simple acto de medir la temperatura con un termómetro puede llevar a mediciones incorrectas. Al medir la temperatura de un líquido se pueden minimizar los errores observando lo siguiente. Sostenga el termómetro alejado de las paredes del recipiente; espere el tiempo necesario para que el termómetro alcance el equilibrio térmico del líquido; asegúrese que el líquido esté adecuadamente mezclado. B. Volumen Para determinar volúmenes exactos se usan las probetas, buretas, pipetas graduadas o pipetas volumétricas tomando la lectura en la parte plana del menisco. Los matraces y los vasos de precipitado están graduados para indicar solamente volúmenes aproximados. menisco

C. Densidad La densidad es una propiedad inherente a las sustancias y resulta de suma utilidad para su identificación. La densidad es la relación de la masa de la sustancia con respecto al volumen ocupado por dicha masa; por lo tanto, es la masa por unidad de volumen. Su formula es: Densidad = Masa / Volumen d = m/V Para el cálculo de la densidad es importante utilizar unidades en un mismo sistema (c.g.s., M.K.S.) El volumen de un objeto de forma irregular puede determinarse por desplazamiento de un líquido. Un objeto completamente sumergido en un líquido desplazará un volumen de líquido igual al volumen del objeto. 3

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Procedimiento Experimental Anota tus observaciones y mediciones en el Reporte del experimento. Masa Pesa tanto en la balanza granataria como en la analítica digital cuatro artículos que pesen menos de 200 g. Anota estos datos en el Reporte del experimento. A. Temperatura Todas las lecturas de las temperaturas debe anotarse con una aproximación de 0.1 °C 1. Llena aproximadamente la mitad un vaso de precipitado con agua de la llave Coloca el termómetro en el vaso, espera un minuto a que alcance el equilibrio térmico manteniendo el termómetro dentro del vaso y sosteniendo el bulbo del termómetro separado de la pared del vaso. Lee y anota la temperatura en el reporte del experimento. 2. Llena con agua una cuarta parte de un vaso de precipitado de 250 mL. y añade 100 mL. de hielo picado medido en un vaso de precipitado. Sin agitar coloca el termómetro en el vaso y después del minuto lee la temperatura y anótala en el reporte. Enseguida agita la mezcla con el agitador de vidrio (no agites con el termómetro) por unos minutos. Si todo el hielo se funde añade más. Sostén el termómetro para que este no toque el fondo. Anota la temperatura. Guarda esta mezcla para ser usada en el punto 3. 3. Pesa aproximadamente de 4 a 6 g. de cloruro de sodio (NaCl) y añádela a la mezcla agua-hielo usada en el punto anterior. Agita por un minuto añadiendo más hielo si es necesario. Lee y anota la temperatura. B. Volumen Usando la probeta más adecuada, mide los siguientes volúmenes con una aproximación de 0.1 mL. 1. Llena con agua de la llave un tubo de ensaye hasta el borde y mide el volumen del agua. 2. Llena un matraz Erlenmeyer de 50 mL con agua hasta el borde y mide el volumen del agua.

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C. Densidad Para determinar la densidad de cualquier artículo, es necesario conocer su masa y su volumen (la densidad es igual a la masa dividida entre el volumen). Para esto hay que pesar y medir el volumen del objeto lo mas preciso posible con una aproximación de 0.1 Anote las unidades de sus mediciones para utilizarlas en los cálculos. 1. Determinación de la densidad del agua. Pesa una probeta de 100 mL limpia y seca en la balanza analítica digital. Llénala con agua destilada usando un gotero para ajustar el menisco a la marca de exactamente 50 mL. Pesa nuevamente. Con los datos del volumen y la masa del agua calcula la densidad del agua. Compara el valor de la densidad obtenida experimentalmente con el valor teórico de la tabla 1.1. (considera la temperatura obtenida en el punto B.1) Tabla 1.1 Densidad del agua a varias temperaturas T oC 15 16 17 18 19 20 21 22

Densidad g/mL 0.9979 0.9978 0.9977 0.9975 0.9973 0.9972 0.9970 0.9968

T oC 23 24 25 26 27 28 29 30

Densidad g/mL 0.9966 0.9964 0.9962 0.9959 0.9957 0.9955 0.9952 0.9949

2. Determinación de la densidad de un objeto sólido Pide a tu instructor un objeto sólido. Llena una probeta de 100 o 50 mL con agua de la llave hasta aproximadamente la mitad; anota el volumen exacto. Cuidadosamente coloca el objeto sólido dentro de la probeta a que se sumerja completamente. (Hay que ser muy cuidadoso al colocar el objeto en la probeta, de tal manera que no rompa el fondo de ésta). Anota el nuevo volumen. Determina la densidad siguiendo el procedimiento anterior.

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R1 Reporte: Mediciones Nombre: ___________________________________________Fecha: _________________ Serie:________________ Mesa: ___________ Instructor: _________________________

Masa Objeto

Masa (Granataria)

(g)

Masa (Analítica)

(g)

Error

% Error

Absoluto

Relativo

1. ______________

__________

__________

__________

__________

2. ______________

__________

__________

__________

__________

3. ______________

__________

__________

__________

__________

4. ______________

__________

__________

__________

__________

•

Considere como masa verdadera del objeto la masa determinada en la balanza analítica.

Error absoluto = Diferencia entre la masa verdadera y la masa obtenida en la balanza granataria. % Error relativo = Error Absoluto x 100 masa verdadera Temperatura 1. Temperatura del agua al tiempo

________ oC

2. Temperatura del agua con hielo Antes de agitar Después de agitar

________ oC ________ oC

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3. Temperatura de la mezcla agua-hielo-sal ________ oC Volumen 1. Tubo de ensaye

________ mL

2. Matraz Erlenmeyer

________ mL

Densidad 1. Densidad del agua Peso de la probeta vacía

__________ g

Peso de la probeta con 50 mL de agua

___________ g

Peso de 50 mL de agua

___________ g

Densidad del agua g/mL

___________ g/mL

Anote los cálculos para la determinación de la densidad

2. Densidad de un objeto sólido Nombre del objeto

________________________

Peso del objeto

_______________ (g)

Volumen del agua en la probeta

_______________ (mL)

Volumen de agua mas objeto

_______________ (mL)

Volumen del objeto

_______________ (mL)

Densidad del objeto

_______________ (g/mL)

Anote los cálculos para la determinación de la densidad

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3. Determina el porcentaje de error relativo, entre la densidad teórica del agua a “temperatura ambiente” de la tabla 1.1 y la densidad obtenida experimentalmente.

4. Determina el porcentaje de error relativo entre la densidad teórica del Cu (8.92 g/mL) y la obtenida experimentalmente. (En caso de utilizar un objeto diferente al cobre, solicite a su instructor la densidad del mismo)

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