Determinación de Densidades: Métodos Experimentales

A través de esta práctica, pretendemos calcular la densidad de un sólido, en primer lugar, y en segundo lugar, la densidad de un líquido.

Determinación de la Densidad de un Sólido

Procederemos a limpiar el picnómetro con agua destilada y a secarlo perfectamente; seguidamente, lo llenaremos de agua destilada hasta la señal de enrase. Pesaremos a continuación el sólido problema y obtenemos un valor de M = 0,98 ± 0,01 g. Después, pesamos el picnómetro lleno de agua junto con el sólido problema; arrojando un valor de M^I = 46,55 ± 0,01 g. Por último, pesamos el picnómetro, pero esta vez con el sólido problema dentro y enrasando de nuevo, siendo el peso de M^II= 46,44 ± 0,01 g. A través de la diferencia de estas dos últimas pesadas, obtenemos el valor del agua desalojada: M₀ = M^I – M^II = 46,55 – 46,44 = 0,11 ± 0,02 g ΔM₀ = ΔM^I + ΔM^II = ± 0,02

Una vez obtenido el valor del agua desalojada, observamos la temperatura existente durante el desarrollo de la práctica para poder saber el valor de la densidad del agua. La temperatura alcanza un valor de 22°C y, a través de las tablas, la densidad del agua es d ρ _a = 0,99780 g/cm³. Sustituyendo en la siguiente expresión, obtenemos la densidad del sólido problema: ρ = M. ρ _a/M₀ = (0,98 ± 0,01 * 0,99780)/(0,11 ± 0,02) = 8.9 ± 1.6 g/cm³

Determinación de la Densidad de un Líquido

Procedemos, en primer lugar, a limpiar y secar perfectamente el picnómetro. La primera medición corresponde al picnómetro limpio y seco, la cual llamaremos M₁ = 20,13 ± 0,01 g. Seguidamente, llenamos el picnómetro de agua y procedemos a pesarlo; a esta medida la llamaremos M₂ = 45,61 ± 0,01 g. Por último, pesamos el picnómetro con el líquido problema dentro de él, que llamaremos M₃ = 47,30 ± 0,01 g.

Para determinar la densidad del líquido problema, deducimos la masa de agua contenida en el picnómetro: M₂ – M₁ = 25,48 ± 0,02 g. También determinamos la masa del líquido problema contenida en el picnómetro: M₃ – M₁ = 27,17 ± 0,02 g.

A través de la siguiente ecuación, calculamos la densidad del líquido problema: ρ = (M₃ – M₁)/(M₂ – M₁) * ρ _a = (27,17 ± 0,02)/(25,48 ± 0,02) * 0,99780 = 1,06 ± 0,0016 g/cm³

Determinación de la Densidad de un Sólido Irregular

Procedimiento Operatorio

1. Determinar la masa exacta del sólido.
2. Llenar con agua destilada la probeta hasta un volumen determinado: V₁.
3. Sumergir, con cuidado, el sólido en la probeta.
4. Anotar el nuevo volumen alcanzado en la probeta: V₂.

Cálculos e Incertidumbres

V₂ – V₁ = V (volumen del sólido)

Aplicamos la ecuación: ρ = m / V y exprésanse los resultados en las unidades del SI y en g/cm³ con su incertidumbre correspondiente.

Determinación de la Densidad de un Sólido Utilizando la Balanza Hidrostática

Se basa en el principio de Arquímedes: suspendido el cuerpo en la balanza hidrostática, se pesa en el aire (masa m) y luego sumergido en el agua (masa aparente).

Método Operatorio

El líquido de referencia generalmente es agua destilada.

Para determinar las masas que aparecen en la fórmula anterior, se procede de la siguiente forma, para sólidos más densos que el agua:

1. Se suspende del gancho de la balanza la muestra atada a un hilo o alambre fino de 10 cm de longitud, aproximadamente.
2. Se equilibra la balanza; la suma de los valores de las posiciones de las pesas correderas es m ≈ peso en el aire.
3. Se sumerge el sólido en el agua de un vaso y se equilibra de nuevo la balanza y obtenemos mA ≈ peso en el agua/aparente.

En el caso de sólidos menos densos que el agua, se realizan las siguientes pesadas:

1. Peso del cuerpo en el aire.
2. Peso total del cuerpo en el aire y lastre en el agua.
3. Peso total del cuerpo y lastre en el agua.

Cálculo de la Densidad

Densidad = masa sólido aire / (masa aire – masa sólido agua)

Determinación de la Densidad de una Muestra de Suelo

Método Operatorio

1. Se pesan unos 5 g de suelo seco a 105ºC y se introducen en un picnómetro (250 o 50 ml de capacidad) y se pesa exactamente el conjunto (P₁).
2. Luego se vierte tolueno en el picnómetro hasta la mitad de su volumen, aproximadamente, y se introduce en un desecador que se somete a vacío, para facilitar la eliminación del aire que queda atrapado entre las partículas del suelo.
3. Luego se llena el picnómetro por exceso y se mantiene a 20ºC durante media hora; se enrasa y se pesa (P₃).
4. Previamente se debe conocer el peso del picnómetro vacío (T) y del picnómetro lleno de tolueno (P₂), además de la densidad del tolueno (d_t).

Cálculos

d_suelo = [P₁ – T / (P₂ – T) – (P₃ – P₁)] * d_t

Viscosímetro

Ostwald

1. Colocamos el viscosímetro y lo fijamos en un soporte.
2. Añadimos 5 ml de agua y la subimos encima de la segunda marca.
3. Medimos el tiempo que tarda en llegar de una marca a otra.
4. Repetimos el procedimiento con el líquido problema.

N (viscosidad) = k (constante) * P (densidad) * T

Caída de Bola

Llenamos el tubo y medimos el tiempo que tarda en caer la bola.

n = K(P1 – P2) * T

Donde: p1 = densidad bola, p2 = densidad líquido, n = viscosidad = gr/cm s

Engler

1. Llenamos el matraz Engler con algo más de 200 ml de H2O.
2. Cronometramos el tiempo que tarda en vaciar.
3. Repetimos con el líquido problema.

Gº = T vaciado fluido / t vaciado fluido patrón