Determinación de la densidad de un sólido y líquido

La densidad, definida como la masa de una sustancia por unidad de volumen, es una propiedad física importante para caracterizar un material o sistema químico.

Matemáticamente, la densidad se calcula como la masa de una sustancia por el volumen que ocupa. El símbolo griego "?" se usa normalmente para denotar densidad en las ciencias físicas. Para obtener la densidad de una sustancia, su masa y volumen se determinan mediante medición.

Este video presentará los principios de la determinación de la densidad, los procedimientos para calcular la densidad de sustancias sólidas y líquidas y algunas aplicaciones de la densidad en la investigación científica.

Toda la materia tiene masa, y esa masa ocupa un volumen específico.

Sin embargo, el volumen de espacio ocupado por la misma masa es diferente para diferentes sustancias, dependiendo de su densidad respectiva. Por ejemplo, una tonelada de ladrillos tiene la misma masa que una tonelada de plumas, pero ocupa un volumen considerablemente menor. La densidad se obtiene dividiendo la masa por el volumen. La masa se puede medir con balanzas o balanzas, y se expresa en gramos o kilogramos.

Por convención, el volumen de líquidos y gases a menudo se expresa en unidades de litros o mililitros, medidos con cristalería. Las dimensiones de los sólidos de forma regular se pueden medir directamente con reglas o calibradores, que tienen unidades lineales, dando volúmenes en unidades como centímetros cúbicos. Un mililitro equivale a un centímetro cúbico.

Las dimensiones de las muestras sólidas de forma irregular no se pueden medir fácilmente. En cambio, sus volúmenes se pueden determinar sumergiendo el sólido en un líquido. El volumen del sólido sumergido es igual al volumen de líquido desplazado.

Ahora que entiendes el concepto de densidad, echemos un vistazo a dos protocolos para determinar con precisión la densidad de un líquido y un sólido.

Para comenzar este procedimiento, coloque un matraz aforado limpio y seco de 50 ml sobre una balanza analítica. Una vez que la medición se haya estabilizado, tara la balanza. El saldo debe ser cero. Utilice un embudo para añadir aproximadamente 45 mL de líquido al matraz. No llene hasta la marca de calibración. Utilice una pipeta Pasteur para añadir con cuidado los últimos 5 ml de líquido, justo hasta que el fondo del menisco del líquido toque la línea del matraz. Vuelva a pesar el matraz y registre la masa del líquido. Repita las mediciones al menos dos veces para obtener valores adicionales para calcular una densidad promedio. Los resultados se muestran en esta tabla. La densidad promedio medida fue de 0,789 g/mL, coincidiendo con el valor de la literatura para etanol.

Para determinar la densidad de un sólido irregular en forma de gránulos, agregue aproximadamente 40 mL de agua a un cilindro graduado limpio y seco de 100 mL. Registra el volumen exacto. Coloque el cilindro sobre una balanza analítica y tara. Agregue aproximadamente 10 gránulos y registre el nuevo volumen después de la adición. Pesa el cilindro, el agua y los pellets. La masa son solo los pellets, ya que el resto han sido tarados. Realice al menos dos conjuntos adicionales de mediciones de masa y volumen para calcular un valor promedio de la densidad. Se midió la densidad del zinc en tres muestras diferentes. Se encontró que era de ?6.3 g/mL. Tenga en cuenta que, dado que las mediciones se realizaron en un cilindro graduado, que es menos preciso que un matraz aforado, la densidad tiene un menor grado de precisión.

Veamos ahora varias aplicaciones diferentes de la densidad en diferentes campos de la investigación científica.

La densidad es útil para identificar o validar materiales puros, como elementos u otras especies de pureza conocida. Por ejemplo, debido a que el oro tiene una densidad más alta que muchos otros metales más baratos, calcular la densidad de una moneda de oro es una forma rápida y económica de probar su pureza. Si la densidad no coincide con la del oro, la moneda no es pura. Aquí, se encontró que una moneda de oro tenía una masa de 27,55 g y un volumen de 1,84 cm3, lo que da una densidad de 14,97 g/cm3, que es significativamente menor que la densidad del oro de 19,3 g/cm3, lo que indica que la moneda no está hecha de oro puro.

Las mediciones de densidad también se pueden utilizar para identificar una sustancia desconocida si se dispone de una lista de posibles densidades de referencia, y se pueden utilizar para distinguir entre metales de apariencia similar. En este ejemplo, el científico está tratando de identificar dos muestras de metal plateado brillante, que podrían ser aluminio o zinc. Si bien las dos muestras tienen la misma masa, sus volúmenes son considerablemente diferentes. Se determinó que las densidades fueron de 2,7 y 7,1 g/cm3 respectivamente, confirmando sus identidades como aluminio y zinc.

Finalmente, las diferencias de densidad son útiles para separar los componentes de una mezcla compleja. En un método llamado centrifugación en gradiente de densidad, las concentraciones decrecientes de sacarosa o polímeros se superponen para crear un gradiente. A continuación, se añade la muestra en la parte superior. A continuación, esta mezcla se somete a centrifugación. el giro de la mezcla a alta velocidad para generar una "fuerza centrífuga" que conducirá a la formación de un gradiente de concentración de la molécula. Los componentes de la mezcla migrarán a un punto a lo largo de este gradiente con el que su densidad sea comparable.

En este ejemplo, se aisló de las células un tipo específico de gotas de lípidos, o pequeñas gotas de moléculas de grasa. Primero se obtuvo una mezcla homogeneizada rompiendo las células. Al centrifugar la mezcla en un gradiente de densidad de sacarosa, las gotas se separaron con éxito de otros componentes celulares que están hechos de lípidos, como las células. ¿Membranas.?

Acabas de ver la introducción de JoVE sobre la determinación de la densidad de un líquido y un sólido. Ahora deberías entender la masa, el volumen y la densidad, además de tener una buena idea de cómo medir estas cantidades.

¡Gracias por mirar!