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MEDICIONES DE LA MATERIA INFORME
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INFORME 1:
MEDICIÓN DE LAS PROPIEDADES DE LA MATERIA
INTRODUCCIÓN
En este informe presentaremos las propiedades que poseen los
materiales que nos rodean y el uso de las propiedades. Para tal fin,
se ha elaborado esta unidad con el fin de conocer la diversidad de
materiales que existe en su entorno, analicen las formas de
comportarse de acuerdo con las propiedades que poseen
(generales y específicas).
Se le plantean distintas actividades con las cuales los iremos
descubriendo dichas propiedades. Sus aplicaciones y usos, la
relación que tiene con la ciencia, la tecnología y la sociedad, y
valorarán críticamente su uso a través de la historia para la
humanidad. De la misma manera se pretende que los
conocimientos que aprendamos resulten significativos y, a la vez,
nos permita conocer y ejercer una acción positiva en su aprendizaje
del tema, tanto para él, como para nuestros compañeros, familiares
y personas que le rodean. Esta es la razón conductor de las
actividades que se sugieren en este informe, las cuales están
orientadas para que los alumnos incorporen los nuevos
conocimientos en relación con las propiedades de la materia,
aprendan actitudes, valores, acerca del tema y se sientan
implicados y comprometidos en la adopción de conductas que le
lleven a exteriorizar los nuevos capítulos aprendidos.
OBJETIVOS
Determinar la densidad de los sólidos regulares e irregulares
haciendo uso de los instrumentos.
Evaluar los porcentajes de error en la medición de las
propiedades de la materia.
Como evaluar y determinara la Desviación Estándar.
MARCO TEÓRICO
1. Propiedades de la Materia
Una sustancia se identifica y distingue de otras por medio de sus
propiedades o cualidades físicas y químicas. Las propiedades son
las diversas formas en que impresionan los cuerpos materiales a
nuestros sentidos o a los instrumentos de medida. Así podemos
diferenciar el agua del alcohol, el hierro del oro, azúcar de la sal,
etc.
Las propiedades de la materia se clasifican como : Generales y
especificas
Propiedades Generales
Son las propiedades que presenta todo cuerpo material sin
excepción y al margen de su estado físico, así tenemos:
Masa: Es la cantidad de materia contenida en un volumen
cualquiera, la masa de un cuerpo es la misma en cualquier
parte de la Tierra o en otro planeta.
Volumen: Un cuerpo ocupa un lugar en el espacio
Peso: Es la acción de la gravedad de la Tierra sobre los
cuerpos. En los lugares donde la fuerza de gravedad es
menor, por ejemplo, en una montaña o en la Luna, el peso de
los cuerpos disminuye.
Divisibilidad: Es la propiedad que tiene cualquier cuerpo de
poder dividirse en pedazos más pequeños, hasta llegar a las
moléculas y los átomos.
Porosidad: Como los cuerpos están formados por partículas
diminutas, éstas dejan entre sí espacios vacíos llamados
poros.
La inercia: Es una propiedad por la que todos los cuerpos
tienden a mantenerse en su estado de reposo o movimiento.
La impenetrabilidad: Es la imposibilidad de que dos cuerpos
distintos ocupen el mismo espacio simultáneamente.
La movilidad: Es la capacidad que tiene un cuerpo de
cambiar su posición como consecuencia de su interacción con
otros.
Elasticidad: Propiedad que tienen los cuerpos de cambiar su
forma cuando se les aplica una fuerza adecuada y de recobrar
la forma original cuando se suspende la acción de la fuerza.
La elasticidad tiene un límite, si se sobrepasa el cuerpo sufre
una deformación permanente o se rompe. Hay cuerpos
especiales en los cuales se nota esta propiedad, como en una
liga, en la hoja de un cuchillo; en otros, la elasticidad se
manifiesta poco, como en el vidrio o en la porcelana.
Propiedades Específicas
Son las propiedades peculiares que caracterizan a cada
sustancia, permiten su diferenciación con otra y su identificación.
Entre estas propiedades tenemos: densidad, punto de ebullición,
punto de fusión, índice de refracción de luz, dureza, tenacidad,
ductilidad, maleabilidad, solubilidad, reactividad, actividad óptica,
energía de ionización, electronegatividad, acidez, basicidad,
calor latente de fusión, calor latente de evaporización, etc.
Las propiedades específicas pueden ser químicas o físicas
dependiendo si se manifiestan con o sin alteración en su
composición interna o molecular.
Propiedades Físicas: Son aquellas propiedades que impresionan
nuestros sentidos sin alterar su composición interna o molecular.
Ejemplos: densidad, estado físico (solido, liquido, gaseoso),
propiedades organolépticas (color, olor, sabor), temperatura de
ebullición, punto de fusión, solubilidad, dureza, conductividad
eléctrica, conductividad calorífica, calor latente de fusión, etc.
A su vez las propiedades físicas pueden ser extensivas o
intensivas.
Propiedades Extensivas: el valor medido de estas
propiedades depende de la masa. Por ejemplo: inercia, peso,
área, volumen, presión de gas, calor ganado y perdido, etc.
Propiedades Intensivas: el valor medido de estas propiedades
no depende de la masa. Por ejemplo: densidad, temperatura
de ebullición, color, olor, sabor, calor latente de fusión,
reactividad, energía de ionización, electronegatividad,
molécula gramo, átomo gramo, equivalente gramo, etc.
Propiedades Químicas: Son aquellas propiedades que se
manifiestan al alterar su estructura interna o molecular, cuando
interactúan con otras sustancias.
Ejemplos: El Fe se oxida a temperatura ambiental y el Oro no se
oxida; el CH4 es combustible y el CCl4 no es combustible; el Sodio
reacciona violentamente con el agua fría para formar Hidróxido de
Sodio y el Calcio reacciona muy lentamente con el agua para formar
Hidróxido de Calcio; el alcohol es inflamable y el H2O no lo es; el
acido sulfúrico quema la piel y el acido nítrico no, etc
En resumen:
Reactividad Química
Combustión
Oxidación
Reducción
2. MediciónEs una
operación que compara el valor de una magnitud dada con la
respectiva unidad estándar. Esta puede ser directa o indirecta.
Las medidas pueden ser por ejemplo de amplitud, masa o
tiempo, estas son directas porque comparamos directamente
el valor de la magnitud con la unidad estándar.
Error
Relativo: Se
llama incertidumbre relativa al valor del cociente entre la
incertidumbre absoluta y el valor más probable de la medida.
La incertidumbre relativa se expresa a veces en términos de
porcentaje y se define entonces el llamado porcentaje de
error, o incertidumbre porcentual.
Error Absoluta: Existen dos tipos, la incertidumbre absoluta de
lectura y la de observación. Denominamos incertidumbre de
lectura al error máximo razonable que podemos cometer al
efectuar una lectura. Normalmente se adoptan ciertas reglas
para cada tipo de aparato sea analógico o digital. Se toma
como incertidumbre absoluta de observación el módulo de los
desvíos calculados, o sea el desvío absoluto máximo.
Errores Experimentales: Es imposible efectuar una medida
que provea el valor verdadero, por más sofisticado que fuese
el aparato o la técnica. Los errores experimentales dependen
normalmente del aparato utilizado, del operador o de las
condiciones experimentales. Estos pueden ser errores
experimentales sistemáticos o accidentales.
Errores Sistemáticos: Perturbaciones que influyen todas las
mediciones de la misma cantidad en el mismo sentido, por
exceso o por defecto. Pueden ser corregidas si la causa fuese
descubierta y eliminada. Algunos ejemplos pueden ser la
incorrecta calibración o regulación del aparato de medida,
posición inadecuada o manipulación equivocada del operador
durante la medición, simplificando en el modelo matemático,
en mediciones indirectas entre otras.
Exactitud: Indica la proximidad entre los valores de medida y
el valor verdadero, es una medida muy exacta si estuviese
próxima del valor verdadero, pero, raramente se puede hablar
de exactitud de una medida, apenas podemos hacerlo cuando
existe un valor estandarizado por tablas.
Precisión: Se designa la concordancia entre los diversos
valores medidos para la misma magnitud en las mismas
condiciones, o sea, la repetitividad de la medida. Si
tuviéramos varias medidas, existe una gran precisión cuando
solo existe una pequeña dispersión de valores y la más
precisa es aquella cuyo desvío es menor (la que está más
próxima del valor medio).
Materiales y equipos
En la parte experimental se utilizo
Una moneda de 20 céntimos
Una regla milimetrada
Balanza analítica
Granallas de zinc
Probetas graduadas
Agua des ionizada
Picnómetro
Bureta
Procedimiento experimental
1. Densidad de un sólido regular
Tomaremos como objeto de estudio una moneda de 20 céntimos de sol que está hecha de bronce.
Con la balanza analítica se pesó y nos dio un resultado de 0.35g
Luego con la regla hallamos sus dimensiones asumiendo como si fuera un círculo perfecto. Las dimensiones fueron las siguientes.
Diámetro = 2.25cm o sea el radio es de 1.125cm
Espesor= 0.14cm
Volumen π .r2.e = 3,1416x (1.125cm)2x (0.14cm) = 0.557cm3
Luego la densidad de la moneda 0.35g0.557 cm3 = 0.63g/cm3
Según el manual la densidad del bronce es 8.89g/cm3
Entonces el Error Relativo =| Valor real-Valor medido|=8.26
Error absoluto= 8.26/cm3/8.89g/cm3=0.93
Porcentaje de error
2. Densidad del solido irregular
Granallas de zinc 1
-Se utilizaron cantidades de granallas envueltas en 3 papeles
Mtotal1 = 14.70g M del papel = 0.38g entonces Mgranillas1 = 14.32g
Introducidas a una probeta llena con agua des ionizada y por volumen desplazado se tiene que M1=14.32g
Densidad1= M1/V1 = 14.32g/2.01= 7.12g/ml
Densidad de granillas 2
Mgranillas2 =Mtotal2 - M del papel = 11.44g – 0.38g = 11.06g
Cuando fueron introducidas a una probeta con agua des ionizada con 10ml se desplazó 1.5ml que sería el volumen de las granillas V2= 1.5ml
Densidad2 = 11.06g/1.5ml= 7.37g/ml
Densidad de granillas 3
Mgranillas3 =Mtotal3 - M del papel = 17.53g – 0.38g = 17.15g
Cuando fueron introducidas a una probeta con agua des ionizada con 10ml se desplazó 2.5ml que sería el volumen de las granillas.
Densidad3=17.15g/2.5ml = 6.68g/ml
De las 3 densidades se calcula la densidad promedio
Promedio= Densidad3+Densidad 2+Densidad13 = 7.11g/ml
Con eso hallo la desviación estándar
S = (7.12−7.11)2+(7.37−7.11)2+(6.86−7.11)23−1 = 0.256
3 .Densidad del agua des ionizada
Para pesar el agua des ionizada se usó el picnómetro totalmente seco
Masa del picnómetro vacío = 37.16g
Para saber la temperatura se usó el termómetro y nos indicó que se estaba trabajando a 20*C
Masa del picnómetro lleno con agua des ionizada 61.55g
Masa del agua des ionizada seria 61.55g-37.16g= 34.49g
Según la tabla de densidad del ingeniero químico nos indica que la densidad del agua la temperatura de 20* C es de 998.204Kg/ml
A partir de los datos anteriores calculamos el volumen de agua
V=m/d = 34.49g/998.204g.ml = 34.5ml
4. Volumen de una solución de Cloruro de sodio
-Se midió la temperatura con el termómetro indicando 20*C.
-Se hallo es peso M del picnómetro vacío= 37.16g
M del picnómetro llego con la solución de NaCl =63.07g
Masa de la solución: 25.97g
De acuerdo al manual de ingeniero químico a esa temperatura la solución tendrá una densidad de 1.07907g/ml (Valor real)
Luego el volumen será Masa/densidad = 25.97g/1.07907g.ml= 24.
5. Volumen del metanol
Masa del picnómetro con metanol = 56.51g
Masa del picnómetro = 37.16g
Masa del metanol=19.35g
Resultados y discusiones
Al hacer el cálculo de los materiales nos damos cuenta que no siempre es el mismo ya que dependen de diversos factores ambientales como la temperatura, presión, humedad entre otros.
Los instrumentos de medición nos ayudaron a calcular cada una de las densidades y con eso hallar factores como la desviación estándar
Recomendaciones
Se recomienda hacer un uso óptimo de los instrumentos y materiales que se usaron haciendo un numero de mediciones necesarias para tener mayor precisión a la hora de hacer lo cálculos
Para hallar la densidad de los líquidos con el picnómetro se tiene que estar seguro de que esté completamente seco con la campana de tiro para aumentar la precisión en los cálculos.
Para hallar la masa de un objeto se recomienda hallar el punto de equilibrio de la balanza y asegurarse que este bien calibrada y limpia.
Los objetos deben ser medidos a las mismas condiciones ambientales como temperatura, humedad y presión.
Referencias
Carrasco V. Química Experimental Brown. Química General Tomo 1 Perry, J. H. Manual del Ingeniero Químico. 3ª edición, UTHEA.
México, 1966.
CUESTIONARIO
1.-¿Cuál es la diferencia entre masa y peso ?
La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo y también se
define como una magnitud escalar
que se expresa por un único
número.
El peso es una relación que existe
entre la gravedad y la masa de un
cuerpo.
La diferencia está en que el peso es
un vector que tiene magnitud y
dirección mientras que la masa solo es él número de partículas por
las que está conformada un cuerpo u objeto.
2.-¿Cuáles son las variables que alteran la densidad de un sólido y un líquido?
En un sólido.- Las moléculas en los sólidos tienden a agruparse en
estructuras que dan la fuerza y rigidez al material .Las variables que
afectan son: La temperatura si afecta más no la presión.
En un líquido:
-La temperatura.-Según esto se puede enunciar la distancia de
separación de las moléculas.
- La presión.- Ya sea atmosférica o del medio en que se encuentre.
-La gravedad.
3.- ¿Qué es el punto de ebullición, cuáles son las variables que modifican el punto de ebullición de una sustancia?
El punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la presión
de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del medio en el que
se encuentra, es decir, también es la temperatura a la cual la
presión de vapor iguala a la presión atmosférica.
Las variables que modifican el punto de ebullición son:
-Las fuerzas intermoleculares de esta sustancia.
-El punto de ebullición de cualquier sustancia depende únicamente
de la presión y/o de la temperatura.
-La masa molecular de la sustancia.
4.-Que es la presión de vapor?
-Es la presión que a la que cada temperatura de fase liquida y
vapor se encuentran en equilibrio independientemente de la
cantidad de líquido y gases con la condición que existan ambas a
la vez.
Mientras más alta es la temperatura, la presión del vapor es mayor,
porque al elevarse la temperatura, la cantidad de moléculas que
tienen la energía suficiente para escapar del líquido aumenta. La
presión de vapor de equilibrio es la máxima presión que ejerce un
líquido a determinada temperatura.
Ejemplo:
Se tiene un recipiente cerrado con agua en su interior, y con una
fuente calórica en la parte inferior, se verá que las moléculas del
estado líquido pasaran al estado gaseoso luego de comenzar a
ebullir, hasta que el espacio libre superior se sature de vapor de
agua, aquí cuando el número de moléculas de agua líquida que
pasen al estado gaseoso sean iguales al número de moléculas que
pasen del estado gaseoso al estado líquido se dirá que es un
estado de equilibrio y ese vapor en la superficie ejercerá presión
sobre el estado líquido, conocido como presión de vapor.
5.-Indique los instrumentos que permiten medir temperatura en los hornos de fundición de metales y hornos de pintado electrostático.
--En hornos de fundición.- En estos lugares se suele utilizar el
pirómetro, que es capaz de medir la temperatura de una sustancia
sin necesidad de estar en contacto con ella. El término se suele
aplicar a aquellos instrumentos capaces de medir temperaturas
superiores a los 600 grados celsius. El rango de temperatura de un
pirómetro se encuentra entre -50 grados celsius hasta
+4000 grados celsius. Una aplicación típica es la medida de la
temperatura de metales incandescentes en molinos de acero o
fundiciones. Contiene un filamento que es calentado por una
corriente eléctrica, hasta que se pone rojo vivo y la temperatura se
determina midiendo la corriente eléctrica.
--En hornos de pintado electrostático.-En estos casos se usa el
pirómetro óptico: se basan en la ley de Wien de distribución de la
radiación térmica, según la cual, el color de la radiación varía con la
temperatura. El color de la radiación de la superficie a medir se
compara con el color emitido por un filamento que se ajusta con
unreóstato calibrado. Se utilizan para medir temperaturas elevadas,
desde 700 °C hasta 3.200 °C, a las cuales se irradia suficiente
energía en el espectro visible para permitir la medición óptica.
6 -¿Cómo se mide la dureza de las sustancias solidas?
La dureza se puede medir de varias formas entre las más usadas son
- Dureza al rayado
La dureza al rayado es posible gracias a la escala de Mohrs es una relación de diez minerales ordenados por su dureza de menor a
mayor. Se utiliza como referencia de la dureza de una sustancia. Fue propuesta por el geólogo alemán Friedrich Mohs en 1825 y se basa en el principio de que una sustancia cualquiera puede rayar a otras más blandas, sin que suceda lo contrario.
-Dureza a la penetración
Define la dureza como la resistencia a la penetración o resistencia a la deformación plástica que opone un material a ser presionado por un penetrador determinado y bajo la acción de cargas preestablecidas.
DUREZA BRINELL.Consiste en comprimir sobre la superficie del material a ensayar una bolilla de acero muy duro durante un cierto tiempo (t) produciendo una impresión con forma a casquete esférico.
-Dureza al impacto o capacidad de rebote
-Dureza al desgaste
7 - El cobre es un metal dúctil y maleable de color marrón rojizo , de bajo potencial de oxidación , se obtiene de su mena la calcopirita CuFeS2,por tostación de su mena se obtiene su oxido y por calentamiento de su oxido con coque “conversación” se obtiene cobre blister 98 % Cu ,se purifica el cobre blíster por electrolisis obteniéndose cobre electrolítico al 99,98 % Cu , se moldea en lingotes de 250 Kg luego de fundir el cobre electrolítico .Del texto dado identifique las propiedades físicas y químicas del cobre ,los cambios o transformaciones físicas y químicas que experimenta la materia
PROPIEDADES FISICAS
PROPIEDADES QUIMICAS
CAMBIOS QUIMICOS
CAMBIOS FISICOS
Dúctil (hilos) bajo potencial de oxidación
Electrolisis Fundir
Maleable (laminas)
Tostación
Color marrón rojizo
8-El mercurio a 25ºC ,es un metal liquido de 13,6g/ml de densidad , no moja por tener una alta tensión superficial ,es el metal más volátil y sus vapores son tóxicos , en estado sólido es blanco y blando ,tiene bajo poder de oxidación ,se obtiene por tostación de cinabrio SHg,se utiliza en los termómetros para medir la temperatura por dilatación ,en la electrolisis de la salmuera se utiliza
como electrodo móvil ,en la minería artesanal del oro se utiliza por su facilidad para separación del oro por destilación .
Del texto mencionando sobre el mercurio señale
I.- Cuales son propiedades intensivas y extensivas
Propiedades intensivas:
*Blanco (color)
*Temperatura (25 ºC)
Propiedades extensivas
* Alta tensión superficial
*Densidad
II.-Cuales son fenómenos Físicos y Químicos
Fenómenos Físicos
*Volatilidad
*Dilatación
*Destilación
*Estado solido
*Vapores (cambio de estado)
Fenómenos Químicos
*Tostación
9.-Determine la masa en libras de cloruro de sodio presente en 2m3 de una mezcla acuosa al 15% en masa de NaCl , si a 25ªC la densidad de dicha mezcla es 1,18g/cm3 .
2m3 sol x 1000Lsol1m3 sol x 1000cm
3
1 Lsol x 1.18g sol1cm3 x 15g Nacl100g sol x 1 Lb Nacl453,6 g Nacl x
= 780,42 Lb
10.-Determine la densidad de una mezcla de agua y alcohol etílico a 25ªC, que resulta de mezclar volúmenes iguales, si la densidad del
agua es 0,998 gmL del alcohol etílico 0,724 Kgdm3
1 dm3= 1 L. Así que: 0,724 kg / dm3= 0,724kg / L = 0,724 g / ml.
Si X= ml de agua= ml de etanol. Suponemos por simplicidad que los volúmenes son aditivos, es decir que juntos dan: 2X ml.
Agua = ( X ml ) x 0,998g H 201ml H 20 = 0,998X g H2O
Etanol= (X ml etanol) x 0,724 getanol1mletanol = 0,724 X g etanol
La masa total es = 0,998X+0,724X = 1,722X g.
Es por esto que la densidad de la mezcla será:
D = 1.722 x g2x ml = 0.861 g/ml .
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