1

ÍNDICE

2

INTRODUCCIÓN

En la industria química es de suma importancia conocer el comportamiento de diferentes variables fisicoquímicas que afectan a diversos sistemas, ya que estas ayudan a regular, comprender, predecir, etc. nuestro proceso, y, que si no se les comprendiera esto involucra-ría un mal desarrollo en lo que estemos produciendo y por lo tanto una pérdida de produc-ción y por ende una pérdida económica.

Una de estas tan importantes variables es la muy conocida densidad, que se define como la masa de un objeto dividida entre su volumen y, es una propiedad intensiva, lo que se refiere que su valor no depende de la cantidad de materia presente.

Lo anterior se expresa con la fórmula ρ=MV

donde ρ es la densidad M es la masa (que es la

cantidad de materia de una muestra dada de una sustancia) y V es el volumen. Las unida-des del SI para la densidad son los kilogramos por metro cúbico (kg/m3). Esta unidad resulta demasiado grande para muchas aplicaciones químicas. En consecuencia, los gramos por centímetro cúbico (g/cm3) y su equivalencia gramos por mililitro (g/mL) se usan más frecuen-temente para las densidades de sólidos y líquidos. La densidad de los gases tiende a ser muy baja, de modo que se expresa en gramos sobre Litro (g/L).

Existen diversas variables que pueden afectar la densidad, pero la más importante y más evidente es la temperatura, ya que cuando la temperatura aumenta la densidad disminuye, lo que ocurre aquí es que los átomos del fluido cuando empiezan a calentarse comienzan a vibrar y se dilatan (se expanden) por lo que empiezan a ocupar mayor espacio y por conse-cuencia su volumen aumenta.

La importancia de la densidad en los procesos es bastante amplia, por ejemplo nos ayuda a ver la calidad de un producto, la pureza en la que esta, si este no fue alterado. También nos ayuda a conocer el volumen de algún fluido si por ejemplo sabemos cuanta masa hay y co-nocemos su densidad estos datos nos arrojaran el volumen o de igual manera la masa si se conoce el volumen. De igual manera juega un papel muy importante en el cálculo de otras variables, como por ejemplo la viscosidad cinemática que es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad del fluido.

Se le conoce a la viscosidad como la medida de la resistencia de los líquidos a fluir, esto hace que diferentes fluidos sean más fácil o difícil de verter que otros, por lo tanto entre ma-yor sea la viscosidad del fluido su flujo será más lento. La importancia de la viscosidad en la ingeniería es bastante grande, ya que esta nos ayuda a conocer cuánto tiempo tardará un fluido en llegar de un punto a otro, el diseño de las tuberías que se deben hacer para que este corra sin problemas así como os aparatos que podemos emplear según queremos que este sea más rápido o más lento.

3

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Determinar experimentalmente las propiedades fisicoquímicas de diferentes sistemas y los factores que las alteran.

OBJETIVOS

Obtener las propiedades fisicoquímicas a través de material elaborado por el alumno en el laboratorio así como con el material proporcionado por el mismo e identificar la importancia

de las variables que afectan a dichas propiedades.

GENERALIDADES

Para la experimentación de la práctica es necesario conocer algunos conceptos tanto de los equipos utilizados como las fórmulas que se emplean en cada uno de estos para obtener la medición.

El método del picnómetro es bastante sencillo, conociendo la masa de sustancia contenida dentro de un picnómetro y la densidad del agua con la que trabajamos podemos fácilmente calcular la densidad de nuestras sustancias problemas.

Esto con una fórmula sencilla que es:

ρ=M 3−M 1M 2−M 1

. ρH 2O

Donde:

M1: Es el peso del picnómetro vacío.

M2: Peso del picnómetro con agua.

M3: Peso del picnómetro con muestra problema

ρ H 2O : La densidad del agua a nuestra temperatura de trabajo.

4

En el apartado de la viscosidad tenemos que el fundamento de la mayor parte de los viscosímetros que se utilizan en la práctica es la fórmula de Poiseuille, que nos da el caudal Q (volumen de fluido por unidad de tiempo) que atraviesa un capilar de radio R y longitud l entre cuyos extremos se ha aplicado una diferencia de presiones ∆p

Q=Vt=π ∆ p R

4

8ηl (FÓRMULA DE POISEUILLE)

Donde η es la viscosidad del fluido. Esto es:

η=π ∆ p R4 t

8 lVComo R, l, V son constantes para un tubo determinado, haciendo K=πR4/(8lV) se tiene

η= K∆pt

Si el líquido fluye únicamente por acción de la gravedad en un tubo situado verticalmen-te, la presión ∆p es la que ejerce la columna de líquido, esto es, ∆p=ρgh, siendo ρ la densidad del líquido y h la altura de la columna. Por tanto

η = Kρght

y como también h es una constante para un tubo determinado podemos escribir:

η = K'ρt El valor de K´ depende por tanto de la geometría de cada viscosímetro en concreto y suele darlo el constructor, aunque puede determinarse utilizando un líquido de viscosi-dad conocida. Normalmente se determinan las viscosidades relativas referidas al agua. Para el agua se tendrá:

ηH2O = K'ρH2Ot

Para otro líquido cualquiera:

ηl = K'ρt'

La viscosidad dinámica será:

5

ηI =ηH2O (ρt ´ρH 2O t

)

Así pues, podemos conocer la viscosidad dinámica de un líquido midiendo su densidad y la razón entre los tiempos que tarda en fluir el mismo volumen de líquido y de agua. La visco-sidad del agua debe buscarse en las tablas en que aparece su variación con la temperatura.

EXPERIMENTACIÓN

Material equipo y reactivos.

MATERIAL EQUIPO REACTIVOS3 Pipetas Pasteur

3 Jeringas de 3 mL nuevas

1 Guante de latex

5 Clips

1 Vaso de precipitados de 10 mL

1 Vaso de precipitados de 2 L

1 Viscosímetro de Ostwald

1 Soporte universal

1 Pinza de tres dedos con nuez

1 Termómetro

1 Piseta

1 Propipeta

1 Cronómetro

1 Mechero

1 Pinzas de depilar

1 Pinzas de corte

Etanol

Procedimiento.

6

FABRICACIÓN DE MATERIAL A MICROESACALA.

Elaboración de micro picnómetro.

1.- Con ayuda del mechero se calentó al rojo vivo en una parte de la pipeta Pasteur (2cm antes del capilar), con ayuda de las pinzas de depilar se sostuvo la pipeta.

2.- Una vez que la parte estuvo al rojo vivo se jaló con las pinzas de depilar para despren-derla.

3.- Con el mechero se selló la parte desprendida y se le cortó el capilar así se obtuvo el mi -cro picnómetro, esto se realizó con cada pipeta de Pasteur.

Elaboración de micro agitador.

1.- Con uso del clip y el capilar de la pipeta Pasteur se construyeron los micro agitadores.

2.- Se desdobló el clip y con ayuda de las pinzas de corte se hicieron varios trozos de este.

3.- Una vez teniendo las partes del clip cortadas se introdujeron dentro del capilar de la Pi-peta y se trozaron dejando un pequeño espacio de 0.3 cm en cada extremo del capilar

4.- Se calentaron los extremos para sellar nuestros micro agitadores (se obtuvieron 2 por capilar de cada pipeta).

Elaboración del gotero.

1.- Con la parte superior que quedó de la pipeta cuando se fabricó el micro picnómetro se obtuvo el gotero.

Densidad.

1.- Inicialmente se midió la temperatura a la cual se trabajó con ayuda del termómetro de mercurio.

2.- Se pesaron los micropicnómetros secos estos poniéndolos dentro del vaso de precipita-dos de 10 mL. Se pesó tanto en la balanza digital como en la balanza y se anotaron los re-sultados.

7

3.- Seguidamente con ayuda de una jeringa se llenó un micro picnómetro de agua destilada y se pesó siempre dentro del vaso de precipitados de 10 mL., luego con la misma jeringa se le quitó el agua.

4.- Con una nueva jeringa se llenó el mismo micro picnómetro pero ahora de etanol y se pesó, con la jeringa del etanol se le quitó el líquido.

5.- Con otra jeringa nueva se le llenó al micro picnómetro con la sustancia problema y se efectuó el pesado, se vació con la jeringa que se utilizó para llenarlo.

6.- El paso 3, 4 y 5 se repitieron para los otros dos micropicnómetros y se anotaron los da-tos.

Nota: En el pesaje de los micropicnómetros estos deben de estar dentro del vaso de precipi-tados de 10 mL.

Viscosímetro.

1.- Primero se lavó y secó perfectamente el material de vidrio.

2.- Una vez seco se colocó el viscosímetro de Ostwald dentro de un baño de agua en el vaso de precipitados de 2 L. a temperatura constante dentro del sistema también se puso el termómetro de Hg.

3.- Primero se midió al agua destilada, con ayuda de la jeringa correspondiente se le intro-dujo agua al viscosímetro hasta la mitad del bulbo mayor.

4.- Con la propipeta se succiono el agua un poco más arriba del menisco superior del visco-símetro.

5.- Con el cronómetro se hizo la medición del tiempo que tardó el agua de pasar desde el menisco superior hasta el menisco inferior.

6.- Esta medición se repitió dos veces más.

7.- Se repitieron los pasos 3, 4, 5 y 6 pero ahora con el etanol y la sustancia problema, es decir, se obtuvieron 3 datos para cada sustancia.

8

RESULTADOS

Densidad.

Los resultados obtenidos durante la práctica trabajando a 22°C fueron los siguientes:

COMPUESTO Micro-picnómetro 1 Micro-picnómetro 2 Micro-picnómetro 3

VACÍO 9.3691g 9.1894g 9.1968g

H2O 10.0932g 9.9531g 9.9594g

C2H6O 9.7169g 9.5525g 9.5596g

Sustancia pro-blema 9.7331g 9.5750g 9.5806g

9

Viscosímetro.

Los datos obtenidos trabajando a 22°C fueron los siguientes:

Compuesto Tiempo 1 Tiempo 2 Tiempo 3

H2O 1.41 s. 1.42 s. 1.42 s.

C2H6O1.19 s. 1.17 s. 1.18 s.

Sustancia pro-blema

3.00 s 3.05 s 3.03 s.

10

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Dados los datos obtenidos en base de la experimentación procedemos a obtener las densi-dades de las sustancias con la fórmula de obtención de densidad a través del uso de picnó-metro que nos dice que:

ρ=M 3−M 1M 2−M 1

. ρH 2O

Donde:

M1: Es el peso del picnómetro vacío.

M2: Peso del picnómetro con agua.

M3: Peso del picnómetro con muestra problema

ρ H 2O : La densidad del agua a nuestra temperatura de trabajo.

Siendo la temperatura 22°C la densidad del agua es 0.99786 g/cm3

Para la densidad del etanol con el picnómetro uno tenemos que:

ρ= 9.7331 g−9.3691g10.0932 g−9.3691g

.0.99786 g /cm3

ρ=0.47929g /cm3

Para el picnómetro 2:

ρ=9.5525 g−9.1894 g9.9531g−9.1894 g

.0.99786 g /cm3

ρ=¿ 0.474431 g/cm3

Y por último el picnómetro 3:

ρ=9.5596g−9.1968 g9.9594 g−9.1968 g

.0.99786 g /cm3

ρ=¿0.474722g/cm3

11

Siendo la temperatura 22°C la densidad del agua es 0.99786 g/cm3

Para la densidad de la muestra problema con el picnómetro uno tenemos que:

ρ= 9.7169 g−9.3691g10.0932 g−9.3691g

.0.99786 g /cm3

ρ=0.47929g /cm3

Para el picnómetro 2:

ρ=9.5750 g−9.1894 g9.9531g−9.1894 g

.0.99786 g /cm3

ρ=¿ 0.50382 g/cm3

Y por último el picnómetro 3:

ρ=9.5806g−9.1968 g9.9594 g−9.1968 g

.0.99786 g /cm3

ρ=¿0.5022g/cm3

12

VISCOSIDAD.

Teniendo en cuenta que la viscosidad dinámica del agua a la temperatura de trabajo (22°C)

es de 0.000978 kg

(m .s2) podemos calcular la viscosidad de los otros compuestos con la si-

guiente fórmula.

ηI =ηH2O (ρt ´ρH 2O t

)

Para la primera medición del etanol que fue de 1.19 segundos tenemos que

ηI C2H6O =ηH2O (

ρt ´ρH 2O t

)

ηI = (0.000978kg

(m .s2)¿ (

(479.29 kgm3

)(1.19 s)

(997 .86kgm3

)(1.41 s))

ηI= 0.0003964kg

(m .s2)

Este resultado fue obtenido utilizando los de la medición del primer tiempo del viscosímetro y la densidad con el primer picnómetro.

13

Con la segunda medida y los datos del 2do picnómetro:

ηI C2H6O =ηH2O (

ρt ´ρH 2O t

)

ηI = (0.000978kg

(m .s2)¿ (

(474 .431 kgm3

)(1.17 s)

(997 .86kgm3

)(1.42 s))

ηI= 0.0003831kg

(m .s2)

Con la tercera medida y los datos del tercer picnómetro:

ηI C2H6O =ηH2O (

ρt ´ρH 2O t

)

ηI = (0.000978kg

(m .s2)¿ (

(474 .722 g kgm3

)(1.18 s )

(997 .86 kgm 3

)(1.42 s))

ηI= 0.00038663kg

(m .s2)

14

Para la primera medición de la sustancia problema tenemos que fue de 3 segundos con densidad calculada en el primer picnómetro de 0.47929 g/cm 3

ηI C2H6O =ηH2O (

ρt ´ρH 2O t

)

ηI = (0.000978kg

(m .s2)¿ (

(479.29 kgm3

)(3 s)

(997 .86kgm3

)(1.41 s))

ηI= 0.0009994kg

(m .s2)

Este resultado fue obtenido utilizando los de la medición del primer tiempo del viscosímetro y la densidad con el primer picnómetro de la sustancia problema.

Con la segunda medida y los datos del 2do picnómetro:

ηI C2H6O =ηH2O (

ρt ´ρH 2O t

)

15

ηI = (0.000978kg

(m .s2)¿ (

(503 .82 kgm 3

)(3.05 s)

(997 .86kgm3

)(1.42 s))

ηI= 0.0010606kg

(m .s2)

Con la tercera medida y los datos del tercer picnómetro:

ηI C2H6O =ηH2O (

ρt ´ρH 2O t

)

ηI = (0.000978kg

(m .s2)¿ (

(502.2 kgm3

)(3.03 s)

(997 .86 kgm3

)(1.42 s))

ηI= 0.0010502kg

(m .s2)