MEDIDAS Y OBSERVACIONES EN CIENCIAMichael G. Osuna, Laura N. Pava

Contenido

Introducción 1

1. Metodología 2

1.1 Instrumentos ...………….………….2

1.2 Procedimiento ..…………………….2

2. Resultados y Discusión 3

2.1 Conclusiones ...………....………….5

2.2 Pregunta de reflexión …….……….5

Referencias Bibliográficas 5

Introducción

Todas las ciencias tienen su desarrollo mediante un método que nos permite identificar una problemática producto de cualquier observación que se haga de algún fenómeno e intentar reproducir dicho fenómeno a través de experimentos que nos permitan describir el por qué de los comportamientos dados en éste.

Para que estos experimentos cumplan con los objetivos planteados es necesaria la realización de diferentes mediciones. Medir es

comparar una magnitud con un patrón o representación física preestablecida.

Los químicos, y científicos de cualquier área, frecuentemente realizan mediciones que usan cálculos para obtener otras cantidades relacionadas. Al realizar dichas mediciones se debe considerar que será imposible tener una exactitud absoluta respecto al valor real, lo que se cuantifica considerando un valor de incertidumbre de las medidas. Este valor puede ser mayor o menor dependiendo de diversos factores; entre ellos la manera de ejecución por parte de quien ejecuta la experiencia. Por eso, es necesario aprender la manera como se deben realizar diversas mediciones en el laboratorio, pues a través de ellas podremos determinar diferentes propiedades de la materia.

Existen dos tipos de propiedades de la materia: Propiedades físicas y propiedades químicas. En este trabajo sólo haremos énfasis en algunas propiedades físicas. Una propiedad física es aquella que se

ResumenLa realización de mediciones es el medio mediante el cual se puede determinar el valor de la magnitud de cualquier propiedad física de la materia. En esta experiencia se llevaron a cabo diversas mediciones de masa y volumen con la finalidad de determinar la densidad de un sólido y la densidad de un líquido utilizando varios instrumentos y métodos experimentales. Algunos instrumentos usados fueron el picnómetro, la pipeta aforada, la pipeta graduada y la probeta. De los resultados obtenidos, se realizó una comparación oportuna que permitiera concluir que su exactitud corresponde al orden en que fueron mencionados anteriormente.Palabras ClavesMediciones – Incertidumbre – Propiedades físicas de la materia – Densidad

puede medir y observar sin que se modifique la composición de una sustancia. En esta experiencia, se buscaba determinar la magnitud de algunas propiedades sencillas de medir como la masa y el volumen de una sustancia para obtener finalmente su densidad.

1. Metodología

En esta práctica, se realizaron medidas de algunas propiedades físicas de diferentes objetos o sustancias con el fin de obtener las masas y densidades de cada uno de ellos. Para ello, es necesario conocer que la densidad es una propiedad intensiva de la materia que se puede obtener de la relación masa (m) sobre volumen (V) de la muestra a analizar.

ρ=mV

(1)

Además, si conocemos la densidad de una sustancia que sirve de referencia, se puede determinar la densidad relativa de una muestra. En esta experiencia se utilizó agua destilada como sustancia de referencia, a la que se le midió la temperatura para obtener así el dato de densidad de la misma (ρH 2O¿, que se encuentra tabulada. Finalmente, para determinar la densidad relativa (ρr) se utilizó un volumen constante (a través de un picnómetro), lo que nos permite hacer uso de la siguiente ecuación, derivada de la ecuación 1:

ρr=ρρH 2O

= mmH 2O

(2)

La primera de las experiencias realizadas consistió en determinar la masa de algunas monedas a través

de dos métodos diferentes con el fin de comparar ambos resultados.

La segunda experiencia tenía por objeto determinar la densidad de: 1. Un sólido, a través de dos mecanismos diferentes. 2. Una disolución salina, mediante tres maneras diferentes de determinación de volumen.

1.1 Instrumentos Probeta de plástico de 10mL Vaso de precipitado de 150mL Vaso de precipitado de 250mL Pipeta aforada de 10.0mL Pipeta graduada de 10.0mL Picnómetro Termómetro Balanza Analítica Disolución Salina

1.2 ProcedimientoEn la primera experiencia, se midió la masa de cinco monedas de $200 por separado, para así determinar su valor promedio y su desviación estándar; y posteriormente; se determinó la masa de las cinco monedas simultáneamente, para realizar las comparaciones respectivas.

En la segunda experiencia, medimos las dimensiones de un sólido metálico con una regla y su masa para determinar su densidad. Luego, obtuvimos su densidad mediante el uso de una probeta hallando la diferencia del volumen de agua dentro de ella antes de sumergir el sólido y después de esto.

Posteriormente, se determinó la densidad de una disolución salina haciendo uso de cuatro instrumentos distintos. En primer lugar, se midió la masa de una probeta vacía, se añadió en ella la disolución salina a un volumen específico y se repitió la

medición de la masa en esta condición, hallando con esta la masa de la disolución. En segundo lugar, se repitió el procedimiento anterior pero el volumen de solución añadido en la probeta fue medido con una pipeta aforada y luego con una pipeta graduada. Por último, se vertió la disolución salina en un picnómetro, pesado previamente en la balanza analítica. Con el dato de la masa del picnómetro lleno se pudo determinar la masa de la solución. El mismo procedimiento se llevó a cabo con agua destilada, a la que luego se le midió la temperatura. Se tomó en cuenta que el volumen del picnómetro es el mismo, lo que nos permitió hacer la determinación de la densidad de la solución.

2. Resultados y Discusión

Para la primera experiencia, se obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla 1. Masa de Monedas de $200

Moneda Masa (g)

1 7.021 ± 0.002

2 7.083 ± 0.002

3 7.145 ± 0.002

4 6.986 ± 0.002

5 7.115 ± 0.002

Promedio ± Desv. Estandar 7.070 ± 0.069

Tabla 2. Comparación de la masa total

Sumatoria Masas por separado (g)

Masa total medida simultáneamente (g)

35.350 ± 0.004 35.349 ± 0.002

A partir de los datos obtenidos, podemos decir que la diferencia de medir las monedas una por una a medirlas todas simultáneamente es muy pequeña puesto que sólo varía en una milésima de gramo que corresponde al dígito de estimación de la balanza. Además, se puede observar que la incertidumbre aumenta en la medida de que se realizan más mediciones debido a que se debe tener en cuenta el efecto del error de cada una de ellas.

Para la determinación de la densidad del bloque sólido cilíndrico se obtuvieron los siguientes resultados experimentales:

Tabla 3. Densidad del sólido. Método 1.

Tabla 4. Densidad del sólido. Método 2.

Propiedad Magnitud

Volumen inicial (mL) 33.5 ± 0.5

Volumen final (mL) 36.8 ± 0.5

Volumen del bloque (mL) 3.3 ± 0.7

Masa (g) 9.6 ± 0.2

Densidad (g/cm3) 2.9 ± 0.6

De las dos tablas anteriores, se puede observar que la única

Propiedad Magnitud

Altura del bloque (cm) 2.73 ± 0.05

Diámetro del bloque (cm) 1.25 ± 0.05

Volumen (cm3) 3.35 ± 0.27

Masa (g) 9.6 ± 0.2

Densidad (g/cm3) 2.9 ± 0.2

diferencia obtenida en el resultado final está en la incertidumbre, puesto que al medir con la probeta nos genero un error mayor que midiendo el volumen por medio de la regla.

En la tercera experiencia se utilizó una disolución salina (4%) cuya densidad esperada era de 1.02530 g/mL, de la que se obtuvieron los siguientes resultados experimentales con su respectivo instrumento de medición y errores absolutos y relativos respecto del valor real:

Tabla 5. Densidad del líquido. Probeta.

Propiedad Magnitud

Volumen del líquido (mL) 6.6 ± 0.1

Masa (g) 6.649 ± 0.003

Densidad (g/mL) 1.0 ± 0.1

Error Absoluto (g/mL) 0.02

Error Relativo 0.02

Porcentaje de error 2 %

Tabla 6. Densidad líquido. Pipeta graduada.

Propiedad Magnitud

Volumen del líquido (mL) 10.00 ± 0.05

Masa (g) 10.182 ± 0.003

Densidad (g/mL) 1.018 ± 0.005

Error Absoluto (g/mL) 0.007

Error Relativo 0.007

Porcentaje de error 0.7 %

Tabla 7. Densidad líquido. Pipeta aforada.

Propiedad Magnitud

Volumen del líquido (mL) 10.00 ± 0.02

Masa (g) 10.227 ± 0.003

Densidad (g/mL) 1.023 ± 0.002

Error Absoluto (g/mL) 0.002

Error Relativo 0.002

Porcentaje de error 0.2 %

Tabla 8. Densidad líquido. Picnómetro.

Propiedad Magnitud

Masa del Agua Destilada (g)

10.571 ± 0.003

Temp. Agua Dest. (°C) 16 ± 1

Densidad Agua Dest. (g/mL)

0.999013

Masa Disolución (g) 10.865 ± 0.003

Densidad Relativa 1.0278 ± 0.0004

Densidad Disolución (g/mL) 1.0268 ± 0.0004

Error Absoluto (g/mL) 0.0015

Error Relativo 0.0015

Porcentaje de error 0.15 %

De las cuatro tablas anteriores, podemos decir que hay una diferencia notoria en los valores de densidad obtenidos siendo el que más se aproxima al valor real aquel cuyas mediciones se realizaron haciendo uso del picnómetro, seguido de la pipeta aforada, la pipeta graduada y la probeta, respectivamente. Esto se debe a la incertidumbre del volumen que se obtiene de cada instrumento de

medición. Puesto que para la probeta esa incertidumbre es mayor, mientras que para el picnómetro no hay valor de incertidumbre de volumen considerada, puesto que este se asume constante y sólo se hace la comparación con la densidad del agua destilada.

2.1 Conclusiones

Para medir la densidad de un sólido regular (como el de la experiencia) ambos métodos pueden tener un valor aceptable entre sí. Pero si deseáramos calcular la densidad de un sólido irregular, necesariamente debemos optar por el segundo método, que representa un valor más aceptable.

Para determinar la densidad de un líquido, el instrumento a utilizar que mejor corresponde es el picnómetro, debido a que los errores, tanto absolutos como relativos, son valores más pequeños, lo que se conoce como una mayor exactitud. La pipeta aforada resulta tener la segunda mejor exactitud, seguida de la pipeta graduada y, finalmente, la probeta, que fue la de menor exactitud. Este instrumento debe usarse para experiencias donde no sea necesaria tanta exactitud, dado que su manipulación es más sencilla que la de los otros tres instrumentos.

2.2 Pregunta de reflexión: ¿Por qué la densidad de los líquidos varía con la temperatura?

La temperatura es una medida del movimiento de las moléculas en una sustancia, por lo tanto, un cambio de temperatura se traduce en mayor o menor movimiento intermolecular lo

que genera un aumento o disminución del volumen del líquido.

La densidad es el resultado de una relación masa sobre volumen. Para una misma muestra de líquido la masa permanecerá siempre constante, mientras que esta variación del volumen produce una variación inversamente proporcional de la densidad.

Si la temperatura aumenta, significa que hay un suministro de energía hacia el líquido, generalmente calor, que luego se transforma dentro de el mismo en energía cinética, aumentando el movimiento de las partículas y, a su vez, el volumen de la sustancia. Esto producirá una disminución de la densidad.

Si la temperatura disminuye, significa que hay una pérdida de calor del líquido hacia el ambiente, disminuyendo el movimiento de las partículas y, a su vez, el volumen de la sustancia. Esto producirá el aumento de la densidad.

Referencias Bibliográficas

[1] R. Chang. Química. 10ª Edición. McGraw Hill, 14-16, 2010.

[2] Séamus P. J. Higson. Química Analítica. 1ª Edición. McGraw Hill, 6, 2007.