Determinar experimentalmente la relación cuantitativa entre la densidad de una disolución y su concentración.

I.- INTRODUCCIÓN

La siguiente investigación se realizó con el fin de comprobar la relación cuantitativa entre la densidad de una disolución con los sujetos de estudio que se seleccionaron y su concentración, para la cual, se obtuvo una relación lineal. Pero, ¿Qué es una relación o variación lineal? Siempre que se representen gráficamente los valores de dos variables y se obtenga una gráfica rectilínea que no pase por el origen, se dirá que ambas variables están relacionadas por una variación lineal^[1]. Se puede decir que: 1) Y varía linealmente con X. 2) La relación matemática entre Y y X es Y = Ax + b. 3) La constante está dada por la pendiente de la gráfica X-Y, y b es el valor de Y cuando X = 0.

 Para tal investigación, se realizó un procedimiento experimental con base en el método científico. Pero para entender mejor en qué consiste, es necesario comprender los siguientes conceptos.

Una disolución^[2] es una mezcla homogénea de dos o más componentes. “Homogéneo” indica que la mezcla es uniforme en composición y propiedades, es decir, que cualquier porción de la solución es equivalente a cualquier otra, en concentración y propiedades físicas y químicas. Usualmente el componente en mayor proporción se denomina solvente y los que se hallan en menor proporción solutos. Se dice que los solutos se disuelven en el solvente. Las soluciones a su vez se pueden denominar “concentrada” si posee una cantidad relativamente alta de soluto, y “diluida” si la cantidad es relativamente baja. El disolvente es la sustancia, por lo general líquida, el soluto puede ser sólido, líquido o gas. Por lo tanto, la solubilidad es la cantidad de soluto que puede disolverse a una temperatura y presión dadas, en una cantidad determinada de disolvente. La concentración^[3] de una disolución es la cantidad de soluto presente en una cantidad dada de disolvente, o en una cantidad dada de disolución. (Para este análisis se supondrá que el soluto es un líquido o un sólido y el disolvente es un líquido.) La concentración de una disolución se puede expresar en distintas formas, tanto físicas como químicas. En la parte física, pueden expresarse de las siguientes maneras:

Porcentaje en masa (también llamado porcentaje en peso o peso porcentual) es la relación de la masa de un soluto en la masa de la disolución, multiplicado por 100%.

[pic 1]

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El porcentaje en masa no tiene unidades porque es una relación de cantidades semejantes. Es independiente de la temperatura, además, como se define en términos de relación de masa de soluto y masa de disolución, no necesitamos conocer la masa molar del soluto para calcular el porcentaje de masa.

Porcentaje peso-peso

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Si la concentración se da sólo en porcentaje, se considera que es p/p a menos que se especifique otra forma.

Notación: 1= solvente, 2= soluto, n= moles, W=masa, V=volumen, Vt= volumen total de la solución, nt= moles totales.

Partes por millón.- Se usa cuando la cantidad de soluto es muy pequeña y son las partes de soluto en peso disueltas en un millón de partes en peso de solución.

Ej.- 1mg de soluto en 1kg de solución.

En vista de que al restar 1kg de solución 1mg de soluto para calcular el peso del solvente, prácticamente la masa no varía, y dado que 1kg de agua pesa aproximadamente un litro, las partes por millón equivalen a mg por litro.

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Indica el número de gramos de soluto que hay en un litro de disolución (no de disolvente). Dado que los líquidos se dilatan apreciablemente con la temperatura, se comprende fácilmente que la concentración, expresada en gramos por litro, de una misma disolución, varía débilmente conforme lo hace la temperatura.

Las partes por millón, significan gramos de sustancia por un millón de gramos de disolución o mezcla total. Dado que la densidad de una disolución acuosa diluida es próxima a 1.00 g/mL, de ordinario equiparamos 1 g de agua con 1 mL de agua, aunque esta equivalencia es solo una aproximación. Y por tanto, una ppm equivale a un microgramo/mL (=1 mg/L)

Por ciento peso/volumen

Se define como (masa de soluto/volumen de disolución) x100

[pic 7]

En la parte química, la concentración también puede expresarse con las siguientes unidades:

Molaridad (M) o concentración molar.- Número de moles de soluto por litro de disolución [pic 8]

Donde n= número de moles de soluto y V=volumen de la disolución en litros. La molaridad se refiere sólo a la cantidad de soluto originalmente disuelto en agua y no toma en cuenta los procesos subsecuentes, como la disociación de una sal o la ionización de un ácido.

Fracción molar (X).- La fracción molar de un componente de una disolución, el componente A, se represente como XA y se define como fracción molar del componente

 [pic 9]

Molalidad (m).- Número de moles de soluto disuelto en 1 kg (1000g) de un disolvente, es decir, [pic 10]

Una vez comprendido esto, se realizó un procedimiento experimental para cada uno de los sujetos a estudiar, los cuales son sal de mesa, y vinagre de manzana; se realizaron diferentes disoluciones con el mismo volumen, pero utilizando diferentes concentraciones de soluto. Dentro de este procedimiento, al medir la densidad que es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, y puede utilizarse en términos absolutos o relativos, La densidad absoluta o densidad normal, también llamada densidad real, expresa la masa por unidad de volumen. Cuando no se hace ninguna aclaración al respecto, el término «densidad» suele entenderse en el sentido de densidad absoluta. La densidad relativa o aparente expresa la relación entre la densidad de una sustancia y una densidad de referencia, resultando una magnitud adimensional y, por tanto, sin unidades.

 Se utilizó como parte del material, el picnómetro^[4] que es un instrumento sencillo utilizado para determinar con precisión la densidad de líquidos. Su característica principal es la de mantener un volumen fijo al colocar diferentes líquidos en su interior. Esto nos sirve para comparar las densidades de dos líquidos pesando el picnómetro con cada líquido por separado y comparando sus masas. Es usual comparar la densidad de un líquido respecto a la densidad del agua pura a una temperatura determinada, por lo que, al dividir la masa de un líquido dentro del picnómetro respecto de la masa correspondiente de agua, obtendremos la densidad relativa del líquido respecto a la del agua a la temperatura de medición. El picnómetro es muy sensible a los cambios de concentración de sales en el agua, por lo que se usa para determinar la salinidad del agua, la densidad de líquidos biológicos en laboratorios de análisis clínicos, entre otras aplicaciones. Para los líquidos poco viscosos se utilizan picnómetros de vidrio de 10 o 25 ml. Para los sólidos al estado de material particulado se usa un picnómetro sin tapa, de acero inoxidable de forma cilíndrica de 25 a 50 ml que se llena hasta el tope. Para líquidos menos viscosos se usa un picnómetro de vidrio de boca ancha usualmente de 25-30 ml de capacidad. Para productos muy viscosos tales como pinturas, pastas, oleosos y similares, se usa un cilindro calibrado de acero inoxidable de 25-50 ml de capacidad con tapa perforada al centro.

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