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Determinación de la densidad de una solución de concentración desconocida de CuSO4
usando un volumen calibrado
Leonel Rodríguez, Jhonell Rodríguez, Natalie Reyes y Laura RichiezUniversidad de Puerto Rico, Recinto Rio Piedras
EXTRACTOEste experimento se hizo con el propósito de determinar la densidad y %m/m de la solución de sulfato de cobre, CuSO4, en diferentes concentraciones. También determinar la densidad de una solución de CuSO4 en una concentración desconocida, utilizando lo que se conoce como curva de calibración. Luego de determinar la densidad del compuesto en concentraciones de 1.01%, 1.99%, 3.04%, 3.44%, 3.99%, 4.86% notamos la relación que hay entre %masa/masa y la densidad. Mientras más aumenta el %masa/masa más aumenta la densidad. Habiendo concluido eso, teniendo la densidad del desconocido y aplicando la curva de calibración descubrimos que el %masa/masa del desconocido era de 2.00%.
INTRODUCCIÓNTodos los días nosotros experimentamos reacciones químicas en nuestros cuerpos, y en todo nuestro entorno, que envuelven sustancias disueltas en otras sustancias. Estas reacciones químicas crean lo que se conoce como una solución. Una solución es una mezcla homogénea de dos o mas sustancias. La sustancia que disuelve al soluto, y se encuentra en mayor concentración, se le conoce como disolvente. La(s) sustancias que se disuelve, y se encuentran en menor concentración, se les conoce como soluto. Una solución en el cual su disolvente sea agua se le conoce como una solución acuosa. La cantidad de soluto que se encuentra en un volumen o una cantidad dada de solución se conoce como concentración. Dos de las muchas formas de expresar la concentración de una solución es a través de la densidad y el porciento por masa. La densidad se conoce como la razón entre masa y volumen. Y se expresa en la siguiente ecuación:
Densidad= masa (g) / volumen (mL)
El porciento por masa de una solución indica la masa de soluto por cada cien partes de solución. Y se deriva en la siguiente ecuación:
%masa= (masa del soluto/masa de la solución) x 100
La masa de la solución es:
Masa de la solución=masa del soluto + masa del disolvente
En este experimento se trabaja con soluciones que resultan cuando se disuelven diferentes cantidades de un compuesto iónico (CuSO4•5H2O) en agua. Al disolver estas diferentes cantidades de CuSO4•5H2O, estamos creando una variedad de soluciones con diferentes % de concentración. Utilizaremos la densidad de los diferentes % de concentración para crear una curva de calibración. Una curva de calibración es un método de química analítica empleado para medir la concentración de una sustancia en una muestra por comparación con una serie de elementos de concentración conocida. Para poder obtener un buen resultado, primero es necesario sacar el instrumento mas preciso y exacto. La precisión es que tan cerca están entre si un conjunto de medidas, mientras que la exactitud es que tan cerca esta el conjunto de medidas del valor exacto. Obteniendo el instrumento mas preciso y exacto nos permite obtener unas medidas mas exactas para nuestra curva de calibración. El mismo acto de medir esta sujeto a errores. Es por eso necesario obtener el % de error y la desviación estándar para así tener en cuenta nuestro margen de error. Como medir presenta errores, para una misma medida se obtienen varios valores, y no es practico informar cada dato individualmente. Es por esto que se presenta el promedio de las medidas. El promedio es el valor de las sumas de todas las medidas entre el numero de medidas. El promedio se expresa de la siguiente manera:
Relacionado al promedio, esta la desviación estándar, que indica el grado de dispersión de las medidas individuales. En otras palabras, esto nos dice cuanto se puede desviar una medida individual del promedio, y también se puede usar como la incertidumbre de la misma (siempre y cuando la desviación estándar sea mayor que la incertidumbre
de los valores individuales). La desviacion estándar se expresa de la siguiente manera:
El % de error es el error que se aplica al comparar una cantidad observado experimental, con la cantidad teórica (que se considera el valor verdadero). El error porcentual es el valor absoluto de la diferencia dividida por el valor absoluto y multiplicado por cien. El % de error se expresa:
% de error = ((Valor teórico - Valor experimental)/ Valor teórico) x 100
Este compuesto se deriva del cobre en forma de cristales azules y es soluble en agua, entre otros disolventes. Cuando se encuentra el sulfato de cobre sin agua tiene un color verde o gris pálido, pero cuando este está hidratado es que adquiere su color azul brillante. En el tratamiento de aguas es usado como alguicida, y tiene numerosas aplicaciones: fabricación de concentrados alimenticios para animales, abonos, pesticidas, mordientes textiles, industria del cuero, pigmentos, baterías eléctricas, recubrimiento galvanizados (recubrimientos de cobre ácido por electro posición), sales de cobre, medicina, para preservar la madera, procesos de grabado y litografía, reactivo para la flotación de menas que contienen Zinc, industria del petróleo, caucho sintético, industria del acero, tratamiento del asfalto natural, colorante cerámico. Este compuesto si es ingerido produce vómitos. Si tu piel se expone al mismo por mucho tiempo puede ser irritante.
METODOLOGÍAAntes de comenzar el experimento se llevaron a cabo ciertas medidas de precaución. Era necesario utilizar todo el tiempo la bata, gafas de seguridad y guantes. También había que tomarse la precaución de observar con detenimiento toda la cristalería y estudiar los bordes por si había algunas laceraciones en el mismo. Durante el procedimiento había que tener en mente que este experimento te podía afectar la piel y de igual forma los ojos. Se lleno de agua destilada un vaso de 600ml, y se dejo a un lado para que el agua alcance la temperatura ambiente de 25.1OC. A. Selección y calibración del instrumento volumétrico mas preciso y exactoLos instrumentos que se calibraron fueron la bureta, pipeta y probeta. Primero, se tomo la masa de un vaso de laboratorio vacío. Luego, se lleno el vaso con 10mL de agua (con temperatura ambiente de 25.1OC)
utilizando uno de los instrumentos volumétricos. Se tomo la masa del vaso con los 10mL de agua, y se resto con la masa del vaso vacío, para así poder obtener la masa de los 10mL de agua. Este procedimiento se repitió tres veces con cada uno de los instrumentos volumétricos, y se apuntaron todos los datos obtenidos. Se calculo el volumen descargado de cada medida de agua dividiendo la masa de los 10mL de agua entre 0.997018 g/mL (la densidad de agua a temperatura ambiente). Luego se saco el promedio de las medidas y se calculo su desviación estándar. La precisión se obtuvo por la medida de desviación estándar y la exactitud por la medida del promedio en comparación al valor real. Luego de obtener el más exacto y preciso, pasamos a la segunda parte de este laboratorio.
B. Preparación de las soluciones de sulfato de cobreEn esta parte todos los grupos fueron responsables de prepara soluciones de concentraciones diferentes de CuSO4•5H2O según asignadas por la profesora. Las diferentes concentraciones de CuSO4•5H2O eran 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 y 5.0 %masa/masa. A nuestro grupo se le asigno una concentración de 3.0%masa/masa. Para crear aproximadamente unos 100g de una solución acuosa de CuSO4•5H2O con 3.0%m/m, se obtuvo unos 3.08g de CuSO4•5H2O y estos fueron disueltos en 98.30g de agua. Se agito el agua suavemente para que disolviera todo el CuSO4•5H2O. De aquí se obtuvo 101.4g de una solución de CuSO4•5H2O con 3.04%m/m. Se calculo y se anoto el %m/m que preparamos.
B. Determinación de la densidad de las soluciones de CuSO4•5H2O. Cada grupo determino la densidad de la solución de su concentración tres veces usando el instrumento mas preciso y exacto que se calibro en la primera parte. Se reporto los resultados con valores promedio y desviación estándar de las medidas. Además, se reporto las temperatura de la solución y del salón. De estos resultados de construyo una curva de calibración que se utilizo para la ultima parte de este laboratorio.
C. Determinando la densidad de una solución de CuSO4•5H2O de concentración desconocidaLa profesora asigno una solución del compuesto al cual se desconoce su concentración. Había que descubrir la densidad del mismo utilizando la pipeta. Y calcular lo mismo que en los procesos anteriores, promedio y desviación estándar. Así se obtuvo la densidad del compuesto de concentración desconocida, y utilizando la curva de calibración obtuvimos la concentración del desconocido.
DATOS TABULADOS
Tabla 1: Calibración de la Pipeta
Pipeta 1era Medida
2da Medida
3era Medida
Masa del vaso vacío
27.28 g + 0.01
27.40 g + 0.01
27.36 g + 0.01
Masa del vaso + H20
37.32 g + 0.01
37.30 g + 0.01
37.26 g + 0.01
Masa de H20
10.04 g + 0.01
9.90 g + 0.01
9.90 g + 0.01
Tabla 2: Calibración de la Probeta
Probeta 1era Medida
2da Medida
3era Medida
Masa del vaso vacío
27.33 g + 0.01
37.18 g + 0.01
27.28 g + 0.01
Masa del vaso + H20
37.18 g + 0.01
47.09 g + 0.01
37.16 g + 0.01
Masa de H20
9.85 g + 0.01
9.91 g + 0.01
9.88 g + 0.01
Tabla 3: Calibración de la Bureta
Bureta 1era Medida
2da Medida
3era Medida
Masa del vaso vacío
27.39 g + 0.01
27.38 g + 0.01
27.46 g + 0.01
Masa del vaso + H20
37.18 g + 0.01
37.36 g + 0.01
37.42 g + 0.01
Masa de H20
9.79 g + 0.01
9.78 g + 0.01
9.96 g + 0.01
Tabla 4: Determinación de Exactitud y Precisión de los instrumentos volumétricos.
Equipo
Vol. 1 (mL)
Vol. 2 (mL)
Vol. 3 (mL)
Volumen promedio (mL)
Desviación estándar (mL)
Pipeta 10.07 mL + 0.01
9.93 mL + 0.01
9.93 mL + 0.01
9.98 mL + 0.01
+ 0.0659
Probeta
9.88 mL +
9.94 mL +
9.91 mL +
9.91 mL + 0.01
+0.0245
0.01 0.01 0.01Bureta 9.82
mL + 0.01
10.01 mL + 0.01
9.99 mL + 0.01
9.94 mL + 0.01
+0.0852
El mas preciso:
Probeta > Pipeta > Bureta
El mas exacto:
Pipeta > Bureta > Probeta
Tabla 5: Determinación de la concentración de una solución de sulfato de cobre
Concentración asignada 3.00%m/m
MuestraMasa de vaso vacío 61.99 g + 0.01
Masa de vaso + CuSO4•5H2O 65.07 g + 0.01
Masa de CuSO4•5H2O 3.08 g + 0.01Masa matraz volumétrico de 100 mL vacío
60.67 g + 0.01
Masa matraz volumétrico lleno 162.05 g + 0.01
Masa de solución de CuSO4•5H2O 101.38 g + 0.01
% m/m de solución
Cálculo(3.08g/101.38g) x100% = 3.04%
3.04%m/m
Porcentaje de error 1.3%
Tabla 6: Determinación de la densidad de sulfato de cobre 3.04%m/m
Temperatura del Laboratorio: 21.21oCTemperatura de la solución de CuSO4•5H2O: 21.55oC
Muestra #1
Muestra #2
Muestra #3
Masa del vaso vacío
27.30 g + 0.01
27.43 g + 0.01
27.37 g + 0.01
Volumen de la solución de CuSO4•5H2O
9.93 mL + 0.01
9.93 mL + 0.01
9.93 mL + 0.01
Masa del vaso + solución de CuSO4•5H2O
37.44 g + 0.01
37.55 g + 0.01
37.48 g + 0.01
Masa de la solución de CuSO4•5H2O
10.14 g + 0.01
10.12 g + 0.01
10.11 g + 0.01
Densidad de la solución d = m/v
1.021 g/mL + 0.01
1.020 g/mL + 0.01
1.078 g/mL + 0.01
Densidad experimental promedio: 1.019%Desviación estándar: + 0.012 Densidad del la solución de CuSO4•5H2O: 10.2 g/mL
Tabla 7: Determinación de la densidad de sulfato de cobre concentración desconocida
Temperatura del Laboratorio: 21.21oCTemperatura de la solución de CuSO4•5H2O: 21.55oC
Muestra #1
Muestra #2
Muestra #3
Masa del vaso vacío
61.99 g + 0.01
62.09 g + 0.01
62.06 g + 0.01
Volumen de la solución de CuSO4•5H2O
9.93 mL + 0.01
9.93 mL + 0.01
9.93 mL + 0.01
Masa del vaso + solución de CuSO4•5H2O
71.96 g + 0.01
72.05 g + 0.01
72.01 g + 0.01
Masa de la solución de CuSO4•5H2O
9.97 g + 0.01
9.96 g + 0.01
9.93 g + 0.01
Densidad de la solución d = m/v
1.004 g/mL
1.003 g/mL
1.002 g/mL
Densidad experimental promedio: 1.003 g/mLDesviación estándar: + 0.001 Densidad del la solución de CuSO4•5H2O: 1.003 g/mL
Tabla 8: Determinación de la concentración de una solución de sulfato de cobre desconocida
GRUPO
Concentración (%m/m)
Densidad promedio ± desviación estándar(g/mL)
Temperatura(oC)
A 1.01 %m/m 0.870 g/mL + 0.005
23.25oC
B 1.99 %m/m 1.001 g/mL + 0.002
22.40oC
C 3.04 %m/m 1.019 g/mL + 0.012
22.55oC
D 3.44 %m/m 1.024 g/mL + 0.004
21.82oC
E 3.99 %m/m 1.021 g/mL + 0.001
23.40oC
F 4.86 %m/m 1.029 g/mL + 0.002
23.50oC
Desconocido
2.00 %m/m 1.003 g/mL + 0.001
22.55oC
GRAFICA
0 1 2 3 4 5 60.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
1.05
Densidad vs Concentracion
Densidad
Concentracion de la solucion
Den
sid
ad d
e la
sol
uci
on
RESULTADOS
En la calibración de los instrumentos volumétricos para buscar cual era el mas exacto y preciso, resulto que de los tres instrumentos volumétricos la pipeta fue la mas precisa y la probeta fue la mas exacta. Como esto se pudo haber dado por error, solo consideramos a la pipeta como la mas exacta y la mas precisa de los tres instrumentos volumétricos. La concentración que nos fue asignada fue la de 3%m/m de CuSO4•5H2O. Para crear una solución con esta concentración, nosotros obtuvimos unos 3.08g de CuSO4•5H2O y los disolvimos en 98. 30g de agua. Con esto creamos 101.38g de solución acuosa de CuSO4•5H2O con 3.04%m/m. Se tomo la densidad de esta y otras concentraciones para crear una curva de calibración. 1.01%m/m de solución obtuvo una densidad de 0.870g/mL en una temperatura de 23.25oC. 1.99%m/m obtuvo 1.001g/mL en 22.40oC.
3.04%m/m obtuvo 1.019g/mL en 22.55oC. 3.44%m/m obtuvo 1.024g/mL en 21.82oC. 3.99%m/m obtuvo 1.021g/mL en 23.40oC. 4.86%m/m obtuvo 1.029g/mL en 23.50oC. La solución desconocida que se nos encargo obtuvo una densidad de 1.003 g/mL + 0.001 en 22.55oC, y de acuerdo a la curva de calibración, la concentración de este desconocido es de 2.00%m/m.
DISCUSIÓN
A través de este laboratorio se pueden observar muchas cosas de gran importancia para el mundo de la química. La precisión y la exactitud son bien importantes porque en la química se trabaja mucho con pequeñas cantidades en la cual un pequeño error tiene grandes efectos. Por eso es importante la calibración de los instrumentos, para así saber la capacidad del mismo. En este experimento, el instrumento de mayor precisión y exactitud fue la pipeta. Esto se debe a que la pipeta presento el volumen promedio mas exacto al valor teórico, y fue el que menos desviación estándar obtuvo. Además, en este experimento obtuvimos la oportunidad de crear una solución de concentración definida. Para lograr alcanzar esa medida lo más exacta posible y ser capaces de preparar 100g. de la solución hay que utilizar la balanza. Como eran 100g, si la solución asignada eran 10% pues cogías y pesabas 10g. del compuesto y 90g. de agua, obteniendo así una sustancia en la concentración deseada. También tuvimos la oportunidad de utilizar al curva de concentración. La curva de calibración es un método de química analítica empleado para medir la concentración de una sustancia en una muestra por comparación con una serie de elementos de concentración conocida. Fue de esta manera que pudimos sacar la concentración de la sustancia con concentración desconocida. Debemos de tener en cuanta que en el experimento hay posibles errores ya que se tuvo que rehacer 2 veces, hay un 1.3% de error, y hay posibilidad de errores sistemáticos.
BIBLIOGRAFÍA
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"Por ciento o porcentaje Error calculadora & calculo." Financiar la planificación en línea |
Matemáticas | Ingeniería Calculadoras y Cálculos. N.p., n.d. Web. 24 Sept. 2012. <http://es.ncalculators.com/statistics/percentage-error-calculadora.htm>.
