densidad de solidos (3)
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Universidad Central del Ecuador
Facultad de Ingeniera Qumica
Escuela de Ingeniera Qumica
Laboratorio de Fsico - Qumica
PRCTICA No. 4
DENSIDAD DE SOLIDOS
Tercer Semestre.
Paralelo Primero.
Grupo 1 Profesor: Ing. Renn CriolloAyudante: Elizabeth Ibarra
Alumno: Landeta Avellaneda
Gabriel Alejandro
Fecha de la Prctica: 19 de Noviembre de 2009
Fecha de Entrega del Informe: 26 de Noviembre de 2009
QuitoEcuador
20092010
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RESUMEN
Se determin la densidad de diferentes slidos metlicos a unatemperatura determinada, con el fin de adiestrar al estudiante con el
manejo de equipos tan sensibles como lo es la balanza analtica, ascomo en la determinacin de constantes fsicas. Para la prctica seutiliz del mtodo del picnmetro, conociendo el volumen del
picnmetro y determinando el peso del picnmetro con y sin las
muestras metlicas tanto lleno como vaco, fue posible conocer las
densidades de los slidos mediante clculos matemticos, esta accin serepiti para cada slido. Al final de la prctica se concluy que la
densidad es una funcin de la temperatura y que es un buen referente
para la identificacin de sustancias.
DESCRIPTORES:SOLIDOS/ DENSIDAD/ PICNOMETRO/ TEMPERATURA/
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Practica #4
DENSIDAD DE SOLIDOS
1. OBJETIVO1.1.Determinar la densidad de slidos metlicos usando el mtodo del picnmetro
2. TEORA2.1. Principio de Arqumedes
Sobre una partcula en una solucin lquida actan, dos fuerzas fundamentales.
Una de las fuerzas,Fab, dirigida hacia abajo, est dada por la diferencia entre el
peso de la partcula de suelo y el lquido desplazado:
Fab g ms ml
Donde g es la aceleracin de la gravedad y ms y ml son las masas de lapartcula de suelo y del lquido desplazado, respectivamente.
Considerando que la partcula tiene forma perfectamente esfrica, la ecuacin
anterior puede ser escrita como:
Fab gX s l
Donde s y son las densidades de las partculas y del lquido respectivamente.
Al sumergirlas en un lquido flotan, cumplindose que el peso del volumen delquido desalojado es igual al peso de todo el aparato; por tanto, se hundirn
ms o menos segn sea la densidad del lquido.
2.2.Solido Metlico
2.2.1. SlidoManteniendo constante la presin a baja temperatura los cuerpos se
presentan en forma slida y encontrndose entrelazados formando
generalmente estructuras cristalinas. Esto confiere al cuerpo la
capacidad de soportar fuerzas sin deformacin aparente. Son, por tanto,agregados generalmente rgidos, incompresibles (que no pueden ser
comprimidos), duros y resistentes. Poseen volumen constante y no se
difunden, ya que no pueden desplazarse.(1)
EC: 2.1.-1
EC: 2.1.-2
http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cristalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cristalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n -
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2.2.2. Slido MetlicoCada puntode su red est ocupado por un tomo del mismo metal. Los
cristales metlicos son del tipo cubico centrados en el cuerpo, cbicoscentrados en las caras o hexagonales compactos. Los tomos se hallan
unidos por medio de enlaces metlicos. Son suaves o duros, de bajos aaltos puntos de fusin, buenos conductores de calor y de la electricidad.
Ej. Todos los elementos metlicos como el Fe, Cu, Mg, etc.(2)
2.3. Mtodos Para Encontrar Densidades de Slidos
2.3.1. Utilizando la Balanza MarcyLa balanza Marcy est constituida principalmente por una balanza
graduada provista de un recipiente metlico capaz de contener unvolumen fijo de 1000 cm3. La balanza debe ser colgada de manera tal
que quede suspendida libremente en el espacio.
Calibracin:
Llene el recipiente con 1000 cm3 de agua pura y culguelo del gancho
de la balanza. La aguja de la balanza deber marcar 1.000 g en el anillo
exterior del dial, quedando en posicin vertical. Si fuese necesario girela perilla de ajuste ubicada en la parte inferior, hasta obtener los 1000 g
en ese momento la balanza estar calibrada.
Determinacin de gravedad especifica, % slidos y densidad de pulpa:Preparar una muestra de material representativa, seca entre -10 y +100,
cuelgue el recipiente vaco v seco de la balanza y empiece a llenarlo
hasta que la aguja indique 1000 gr. en el anillo exterior del dial. Vace lamuestra en algn receptculo.
Llene un tercio del volumen del recipiente asegurndose que cada
partcula se moje completamente y se eliminen las burbujas de aire.Cuelgue el recipiente de la balanza y complete el volumen con agua
hasta las perforaciones de rebalse. Lea la gravedad especfica del slido
directamente en el anillo interior del dial. Al determinar la gravedad
especfica del slido, le permitir medir % de slidos y densidad depulpa.
La balanza Marcy permite medir porcentajes de slidos y densidades de
pulpa para diferentes escalas de densidad de slidos.
2.3.2. Utilizando el Matraz Le ChatelierMaterial: balanza (0,1 g), matraz Le Chatelier, embudo, pincel y mineralcon granulometra de 100 %. Se puede utilizar agua o parafina, si el
material es soluble se utilizar parafina.
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El agua o parafina introducida dentro del matraz Le Chatelier limpio yseco.
Se enrasa a cero o a cualquier volumen (1era lectura de volumen).
Cualquier gota adherida en una seccin del vstago es removida conpapel toalla.
Se tara la balanza y se agrega el mineral al matraz por medio de unembudo cuidadosamente.
Cualquier partcula de mineral adherida a la parte del vstago del
matraz, es cuidadosamente escobillada dentro del matraz con un pincel.
El matraz es entonces tapado y es agitado con la mano hasta que todaslas burbujas son removidas y el mineral es mojado homogneamente. Se
mide el volumen (2da lectura de volumen).
Luego se pone en la balanza, para saber el peso de mineral agregado:
2.3.3. Utilizando el PicnmetroMaterial: balanza (0,0001 g), Picnmetro, embudo, pincel y mineral con
granulometra menor que 1 mm.
Se puede utilizar agua destilada, parafina o alcohol.Limpiar bien el Picnmetro, su limpieza se puede efectuar con
Amoniaco o algn disolvente de grasa, enseguida se enjuaga con agua
destilada y se seca en estufa.La muestra de ensayo puede estar con su humedad natural o seca en la
estufa (a 80C hasta obtener masa constante).
Pesar el Picnmetro seco, vaco y tapado, se anota su peso W1.Se retira de la balanza se agrega el mineral problema dentro del
Picnmetro y se pesa nuevamente W2.
Se le agrega algo de lquido cuidadosamente evitando la formacin de
burbujas, hasta alcanzar aproximadamente de la capacidad delPicnmetro.
Remover el aire atrapado por uno de los siguientes procedimientos:
1.- someter el contenido a un vaco parcial (menor de 100 mmHg, paraevitar burbujeo excesivo, se aplica en forma gradual hasta llegar al
mximo, el cual deber mantenerse durante 10 a 15 minutos paraconseguir un desairado completo. El Picnmetro debe agitarsesuavemente para ayudar a la remocin del aire.
2.- Calentar o hervir por lo menos 10 minutos haciendo girar
ocasionalmente el
EC: 2.3.2.-2
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Picnmetro para ayudar a la remocin del aire. En este caso debeesperarse que el Picnmetro alcance nuevamente la temperatura
ambiente para conseguir la prueba.
Agregar agua destilada hasta llenar el Picnmetro. Limpiar y secar elexterior con papel toalla y pesar nuevamente W3.
Finalmente se vaca todo el contenido y se lava bien el Picnmetro, sevuelve a llenar completamente con el lquido, se seca exteriormente y se
pesa W4.
2.4. Densidad Aparente
La densidad aparente es una magnitud aplicada en materiales porosos como el
suelo, los cuales forman cuerpos heterogneos con intersticios de aire u otrasustancia normalmente ms ligera, de forma que la densidad total del cuerpo es
menor que la densidad del material poroso si se compactase.
En el caso de un material mezclado con aire se tiene:
La densidad aparente de un material no es una propiedad intrnseca del material
y depende de su compactacin.
2.5. Densidad Bruta
Nmero de unidades por unidad de superficie, en que la superficie a considerar
es la del predio en que se emplaza el proyecto, ms la superficie exterior, hasta
el eje del espacio pblico adyacente, sea ste existente o previsto(3)
2.6.Densidad Relativa
En fsica, la densidad relativa es una comparacin de la densidad de una
sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. La densidadrelativa es adimensional (sin unidades), ya que queda definida como el cociente
de dos densidades.
(4)
A veces se la llama gravedad especfica, tal denominacin es incorrecta, por
cuanto que en la Fsica el trmino "especfico"significapor unidad de masa.
La densidad relativa est definida como el cociente entre la densidad de unasustancia y la de otra sustancia tomada como referencia, resultando
EC: 2.3.3.-1
EC: 2.4.-1
http://es.wikipedia.org/wiki/Suelohttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Densidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Espec%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sustanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sustanciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Espec%C3%ADficohttp://es.wikipedia.org/wiki/Densidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Suelo -
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3. PARTE EXPERIMENTAL3.1.Materiales y Equipos
3.1.1. Picnmetro (Capacidad:10mL)3.1.2. Balanza Analtica (Ap: 0.0001g Rango:0g - 210g)3.1.3. Termmetro (Rango: 0C-300C Ap:1C)3.1.4. Vasos de Precipitacin (Capacidad: 250mL Ap: 50mL)
(Capacidad: 50mL Ap: 10mL)
3.2. Sustancias y Reactivos
Frmula
3.2.1.
Agua Destilada H2O3.2.2. Acero(Aleacin) Fe.C3.2.3. Nquel Ni
3.3. Procedimiento
3.3.1. Verificar la calibracin de la balanza, utilizando las respectivas pesaspara esto, dependiendo del rango que se quiere pesar.
3.3.2. Lavar el picnmetro con agua, secarlo y pesarlo con exactitud.3.3.3. Pesar el picnmetro con la muestra metlica3.3.4. Llenar el picnmetro con agua destilada hasta rebosar, taparlo, secar el
exceso y dejarlo reposar en el vaso de precipitacin que contiene agua
durante tres minutos hasta que se estabilice la temperatura de equilibrio,sacarlo, secarlo y pesarlo.
3.3.5. Llenar el picnmetro con agua destilada hasta rebosar, colocar en suinterior la muestra metlica y taparlo, secar el exceso y dejarlo reposar
en el vaso de precipitacin que contiene agua durante tres minutos hastaque se estabilice la temperatura de equilibrio, sacarlo, secarlo y pesarlo.
3.3.6. Repetir la experiencia para cada solido metlico dispuesto.3.4.Fundamento del Mtodo
La determinacin de la densidad por el mtodo del picnmetro se fundamenta
en la diferencia de pesos, as relacionando sus pesos con un lquido dereferencia teniendo en cuenta la temperatura del sistema a la cual se est
trabajando.
EC: 2.6.-1
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4. DATOS4.1. Datos Experimentales
Tabla 4.1-1
Datos Experimentales
W1(g)
W2(g)
tC
W3(g)
tC
W4(g)
Acero 10.8281 12.8749 20 20.9591 20 22.7341
Nquel 10.8281 11.0263 20 20.9591 20 21.1115
W1= Peso del picnmetro vacio
W2= Peso del picnmetro ms la muestra metlicaW3= Peso del picnmetro ms Agua
W4= Peso del picnmetro, agua y muestra metlica
4.2. Datos Adicionales
Tabla 4.2-1
Densidad Terica de los Slidos Metlicos
Material Densidad, g/mL t, CAcero 7.86137 20.0
Nquel 8.90137 20.0
Fuente: Manual del Ingeniero Qumico, John Perry, Capitulo 2, Pgina 120,
Editorial: McGraw-Hill, 2003
Tabla 4.2-2
Densidad del Agua y Temperatura
Fuente: Manual del Ingeniero Qumico, John Perry, Capitulo 2, Pgina 91,
Editorial: McGraw-Hill, 2003
5. CALCULOS5.1.Clculo de la densidad de los Slidos Metlicos
( )( ) ()
Densidad,g/mL
t, C
0.998204 20.0
0.998204 20.0
E.C: 5.1.-1
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Donde:W1= Peso del picnmetro vacio
W2= Peso del picnmetro ms la muestra metlica
W3= Peso del picnmetro ms AguaW4= Peso del picnmetro, agua y muestra metlica
H2O=Densidad del agua a temperatura experimental
()() ()
()() ()
5.2. Resultados Parciales
Tabla: 5.2.-1
Resultados de la Densidad de los Materiales Metlicos
Material g/mL t, CAcero 7.5170 20.0
Nquel 4.3197 20.0
6. ERRORES6.1. Errores Cualitativos
6.1.1. Errores AleatoriosEn la prctica se trato de cometer los menores errores posibles, uno deellos es la variacin de la temperatura al sacarlo del bao para llevarlo a
la balanza, variacin en el volumen de agua que contena el picnmetro,
errores por la observacin en el termmetro y el uso incorrecto de la
balanza, ya que solo la debera utilizarla una sola persona pero en laprctica fue manipulada por muchas personas.
6.1.2. Errores SistemticosError en la posible falta de calibracin de la balanza, poca apreciacin
de los termmetros usados, el volumen del picnmetro no era el
indicado, el slido metlico no era el indicado.
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E.C: 6.2.1.-3
6.2. Errores Cuantitativos
6.2.1. Error de Dependencias= s(W1, W2, W3, W4, H2O)
SW1, SW2, SW3, = 1x10
-3
S H2O= 1x10-5
De la ecuacin 5.1.-1 Obtenemos las siguientes derivadas
()
( )
()( )
( )( )
( )( )
()( ) Clculo Modelo Para el Acero
()()
()()
()()
()()
()()
E.C: 6.2.1
E.C: 6.2.1.-2
E.C: 6.2.1.-4
E.C: 6.2.1.-5
E.C: 6.2.1.-6
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De la misma manera procedemos para el NquelTabla: 6.2.1.-1
Resultados Parciales de los Errores de Dependencia Para Cada Solucin
Material Acero 23.9838 -23.9838 -27.6564 7.5305 27.6564
Nquel 72.5226 -72.5226 -94.3174 4.3275 94.3174
Reemplazando estos datos en la ecuacin E.C: 6.2.1.-1 Obtenemos:Tabla: 6.2.1.-2
Resultados Parciales del error de Precisin
6.2.2. Error de Precisin
Calculo Modelo Para el Acero
De la misma manera procedemos para el NquelTabla: 6.2.2.-1
Resultados del Error de Precisin
6.2.3. Error de Exactitud
Materiales SyAcero 0.0518
Nquel 0.1683
Material e Acero 0.6891
Nquel 3.8961
E.C: 7.2.2.-1
E.C: 7.2.3.-1
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Calculo Modelo Para el Acero
De la misma manera procedemos para el NquelTabla: 6.2.3.-1
Resultados Parciales del error de Exactitud
6.3. Resultados Generales
Tabla: 6.3.-1Resultados de Densidades para los Materiales Slidos
7. DISCUSINEl mtodo de encontrar la densidad de slidos por el mtodo del picnmetro, no esmuy confiable ya que depende de varios factores entre ellos el ms crtico, la
temperatura, ya que dependiendo de la temperatura cambiar el volumen del solidoas como el del agua y por ende las densidades varan obteniendo un error, que al
final afecta a nuestros resultados. Otro de los problemas observados y al cual se le
atribuye un aumento en el error es la manipulacin constante y por varias personas
de la balanza que seguramente a lo largo de la practica esta se des calibr, para locual sera aconsejable que mximo una persona la manipulara, pero esto no sera
posible dadas las condiciones de trabajo. El error obtenido en el nquel es
demasiado grande, esto se debe a posibles fallas en el momento del secado del
picnmetro, burbujas de aire en el interior del picnmetro o simplemente a que tal
vez el material entregado no corresponda a nquel en un 100%, sino que era algntipo de aleacin o recubrimiento de nquel. El error tambin se atribuye a que en
esta prctica solo se realizo una vez la mediacin de los correspondientes pesos, loaconsejable siempre es tener un amplio espectro de mediciones para luego escoger
las que ms se acerque a la realidad. Adems se trabaj con densidades
referenciales tericas, calculadas, ya que en los manuales no existen densidades de
slidos a las temperaturas experimentales, por ello se procedi a interpolar de ungrupo de ellas, pero hay que considerar que es posible la existencia de un error en
Material %EAcero 4.3805
Nquel 51.4715
Material (g/mL) Sy ep(%) E (%)Acero 7.5170 0.0518 0.6891 4.3805
Nquel 4.3197 0.1683 3.8961 51.4715
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la interpolacin pero este debe ser mnimo por ello no lo tomamos en cuenta yconsideramos a las densidades como reales.
8. CONCLUSIONES8.1.La densidad en su mayora es una funcin de la temperatura, ya que esta haceque cualquier cuerpo o sustancia se dilate aumentando su volumen y por ende
bajando su densidad, aunque en slidos este efecto no es muy notable.
8.2.La densidad es un excelente referente para conocer la composicin de unmaterial
8.3.La determinacin de densidades por el mtodo del picnmetro no es muyconfiable por los diversos factores que la afectan; pero bien realizada es un buen
referente de densidad del sistema estudiado.
8.4.Solo en condiciones estrictas vamos a obtener una densidad precisa y exacta deun material, para en base de este conocer su composicin y propiedades.
8.5.Los mtodos para determinar el peso en este experimento son los ms precisosy el grado de incertidumbre se puede reducir con una buena calibracin en los
equipos
9. APLICACIONES9.1.Para la determinacin de densidades aparentes de slidos porosos aplicadas al
muestreo de suelos con el fin de categorizarlos en la industria de la
construccin.
9.2. Toda sustancia solida, tiene su densidad o su peso especifico, esto sirve comoparte de las pruebas de identificacin de materias primas y control de calidad,
para comprobar la densidad de plsticos, de gomas, de metales sinterizados, de
cermica, de vidrio y de otros materiales no metlicos.
9.3.Durante las distintas etapas del proceso, se mide su densidad para conocer lasdistintas alteraciones que sufridas por el slido durante sus transformaciones.
9.4.Especialmente en aleaciones metlicas, la densidad es un referente de lacomposicin con el fin de cumplir un requerimiento tcnico especfico, segn
los componentes y el uso que se le d a este.
10.REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS10.1.Bibliografa
10.1.1.http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad10.1.2.http://es.wikipedia.org/wiki/Picnometro
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10.1.3.Daniel Schaum, FISICA GENERAL, Editorial: McGraw-Hill, 196910.1.4.Manual del Ingeniero Qumico, John Perry, Capitulo 2, Editorial:
McGraw-Hill, 2003
10.1.5.http://es.mt.com/es/es/home/applications/Laboratory_weighing/Density_1.html
10.1.6.http://docencia.udea.edu.co/cen/tecnicaslabquimico/02practicas/practica02.htm
10.1.7.http://es.wikipedia.org/wiki/Acero10.2.Citas Bibliogrficas
(1)(2)Gerardo Armendaris, QUIMICA GENERAL, Editorial: Holos, 2004,
pag.25
(3)(4)Daniel Schaum, FISICA GENERAL, Editorial: McGraw-Hill, 1969, pag 94
11.ANEXOS
11.1.Diagrama del Equipo (Ver Anexo 1)11.2.Grafico: Densidad-Temperatura Para Diferentes Slidos (Ver Anexo 2)
12.CUESTIONARIO12.1.Determinar las propiedades fsicas y qumicas de los siguientes metales y
aleaciones
12.1.1.HierroEs unelemento qumico de nmero atmico 26 situado en el grupo 8,periodo 4 de latabla peridica de los elementos.Su smbolo es Fe (del
latinferrum) y tiene una masa atmica de 55,6u.
Este metal de transicin es el cuarto elemento ms abundante en la
corteza terrestre, representando un 5% y, entre los metales, slo elaluminio es ms abundante. Igualmente es uno de los elementos ms
importantes del Universo, y el ncleo de la Tierra est formado
principalmente por hierro y nquel, generando al moverse un campo
magntico.Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades
magnticas; es ferromagntico a temperatura ambiente y presin
atmosfrica. Es el elemento ms pesado que se produceexotrmicamente por fusin, y el ms ligero que se produce a travs de
una fisin, debido a que su ncleo tiene la ms alta energa de enlace por
nuclen (energa necesaria para separar del ncleo un neutrn o un
protn); por lo tanto, el ncleo ms estable es el del hierro-56 (con 30neutrones).El hierro es el metal ms usado, con el 95% en peso de la
produccin mundial de metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5%)
no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su
http://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_qu%C3%ADmicohttp://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_at%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementoshttp://es.wikipedia.org/wiki/Lat%C3%ADnhttp://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_de_masa_at%C3%B3micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Metal_de_transici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Corteza_terrestrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aluminiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Universohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tierrahttp://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquelhttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ferromagn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Nucle%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Nucle%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ferromagn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquelhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tierrahttp://es.wikipedia.org/wiki/Universohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aluminiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Corteza_terrestrehttp://es.wikipedia.org/wiki/Metal_de_transici%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_de_masa_at%C3%B3micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Lat%C3%ADnhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_peri%C3%B3dica_de_los_elementoshttp://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_at%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_qu%C3%ADmico -
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potencial magntico. El hierro tiene su gran aplicacin para formar losproductossiderrgicos,utilizando ste como elemento matriz para alojar
otros elementos aleantes tanto metlicos como no metlicos, que
confieren distintas propiedades al material. Se considera que unaaleacin de hierro esacero si contiene menos de un 2,1% decarbono;si
el porcentaje es mayor, recibe el nombre defundicin.
12.1.2.CobreEl cobre, de smbolo Cu (dellatn cuprum), es elelemento qumico de
nmero atmico 29. Se trata de unmetal de transicin de color rojizo ybrillo metlico que, junto con laplata y eloro,forma parte de la llamada
familia del cobre, caracterizada por ser los mejores conductores de
electricidad. Gracias a su alta conductividad elctrica, ductilidad y
maleabilidad,se ha convertido en el material ms utilizado para fabricarcables elctricos y otros componentes elctricos y electrnicos. Es de
color rojizo y de brillo metlico y, despus de la plata,es el elementocon mayor conductividad elctrica y trmica. Es un material abundanteen la naturaleza; tiene un precio accesible y se recicla de forma
indefinida; formaaleacionespara mejorar las prestaciones mecnicas y
es resistente a la corrosin y oxidacin. Tanto el cobre como sus
aleaciones tienen una buena maquinabilidad, es decir, son fciles demecanizar.El cobre posee muy buenaductilidad y maleabilidad lo que
permite producir lminas e hilos muy delgados y finos. Es un metal
blando, con un ndice de dureza 3 en laescala de Mohs (50 en laescala
de Vickers)y su resistencia a latraccin es de 210MPa,con unlmiteelstico de 33,3 MPa. Admite procesos de fabricacin de deformacin
como laminacin o forja, y procesos de soldadura y sus aleaciones
adquieren propiedades diferentes con tratamientos trmicos comotemple y recocido. En general, sus propiedades mejoran con bajas
temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicacionescriognicas.
Expuesto al aire, el color rojo salmn inicial se torna rojo violeta por la
formacin de xido cuproso (Cu2O) para ennegrecerse posteriormente
por la formacin dexido cprico (CuO)
12.1.3.AluminioEl aluminio es unelemento qumico,de smbolo Al y nmero atmico
13. Se trata de un metal no ferromagntico.Es el tercer elemento ms
comn encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio
forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en lamayora de las rocas, de la vegetacin y de los animales.
Es un metal ligero, cuya densidad es de 2700 kg/m3 (2,7 veces la
densidad delagua), un tercio de la delacero.Tiene un punto de fusinbajo: 660 C (933K). Elpeso atmico del aluminio es de 26,9815u.
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Es de color blanco brillante, con buenas propiedades pticas y un altopoder de reflexin de radiaciones luminosas y trmicas. Tiene una
elevada conductividad elctrica comprendida entre 34 y 38 m/( mm2)
y una elevada conductividad trmica (80 a 230 W/(mK)). De fcilmecanizado debido a su baja dureza. Muy maleable, permite la
produccin de lminas muy delgadas. Bastante dctil, permite lafabricacin decables elctricos.
Material blando. Lmite de resistencia en traccin: 160-200 N/mm2
[160-200 MPa] en estado puro, en estado aleado el rango es de 1400-
6000 N/mm2. El duraluminio fue la primera aleacin de aluminio
endurecida que se conoci, lo que permiti su uso en aplicaciones
estructurales. Para su uso como material estructural se necesita alearlo
con otros metales para mejorar las propiedades mecnicas, as comoaplicarle tratamientos trmicos. Permite la fabricacin de piezas por
fundicin, forja y extrusin. Material soldable. Con CO2 absorbe el
doble del impacto. Debido a su elevado estado de oxidacin se formarpidamente al aire una fina capa superficial de xido de aluminio
(Almina Al2O3) impermeable y adherente que detiene el proceso de
oxidacin, lo que le proporciona resistencia a la corrosin y durabilidad.
Esta capa protectora, de color gris mate, puede ser ampliada porelectrlisis en presencia deoxalatos.
12.1.4.ZincEl zinc o cinc es unelemento qumico denmero atmico 30 y smbolo
Zn situado en el grupo 12 de la tabla peridica de los elementos.La
etimologa de zinc parece que viene del alemn, Zincken o Zacken, paraindicar el aspecto con filos dentados del mineral calamina, luego fue
asumido para el metal obtenido a partir de l. Es un metal de color
blanco azulado que arde en aire con llama verde azulada. El aire seco nole ataca pero en presencia de humedad se forma una capa superficial de
xido o carbonato bsico que asla al metal y lo protege de la corrosin.
Prcticamente el nico estado de oxidacin que presenta es el +2.
Reacciona concidos no oxidantes pasando al estado de oxidacin +2 yliberando hidrgeno y puede disolverse en bases y cido actico. El
metal presenta una gran resistencia a ladeformacin plstica en fro que
disminuye en caliente, lo que obliga a laminarlo por encima de los100 C. No se puede endurecer por acritud y presenta el fenmeno defluencia a temperatura ambiente, al contrario que la mayora de los
metales y aleaciones y pequeas cargas.
12.1.5.AceroEs unaaleacin dehierro ycarbono,donde el carbono no supera el 2,1%
en peso de la composicin de la aleacin, alcanzando normalmente
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porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2,0% decarbono dan lugar a lasfundiciones,aleaciones que al ser quebradizas y
no poderseforjara diferencia de los aceros, se moldean.
El acero en sus distintas clases est presente de forma abrumadora ennuestra vida cotidiana en forma de herramientas, utensilios, equipos
mecnicos y formando parte de electrodomsticos y maquinaria engeneral as como en lasestructuras de lasviviendas que habitamos y en
la gran mayora de los edificios modernos. En este contexto existe laversin moderna de perfiles de acero denominadaMetalcn.
Los fabricantes de medios de transporte de mercancas (camiones)y losdemaquinaria agrcola son grandes consumidores de acero.
Tambin son grandes consumidores de acero las actividades
constructoras de ndole ferroviario desde la construccin de
infraestructuras viarias as como la fabricacin de todotipo de materialrodante.Otro tanto cabe decir de la industria fabricante de armamento,
especialmente la dedicada a construir armamento pesado, vehculosblindados y acorazados. Tambin consumen mucho acero los grandesastilleros constructores debarcos especialmentepetroleros,y gasistas u
otros buquescisternas.
12.1.6.BronceEs toda aleacin metlica de cobre y estao en la que el primero
constituye su base y el segundo aparece en una proporcin de entre el 3y el 20%.
Las aleaciones constituidas porcobre yzinc se denominan propiamente
latn;sin embargo, dado que en la actualidad el cobre se suele alear conel estao y el zinc al mismo tiempo, en el lenguaje no especializado ladiferencia entre bronce y latn es bastante imprecisa.
Densidad: 8,90 g / cm3. Punto de fusin: 830 a 1020 C. Coeficiente detemperatura: 0,0006 K
-1. Resistividad elctrica: 14 a 16 Ohm/cm.
Coeficiente de expansin trmica: entre 20 y 100 C es: 17,00 x 10-6
K-1
.
Conductividad trmica a 23 C: 42 a 50 Wm-1
Elongacin: < 65%.Dureza Brinell:70 a 200.Mdulo de elasticidad:80
a 115 GPa. Resistencia a la cizalla: 230 a 490 MPa. Resistencia a latraccin:300 a 900MPa
12.1.7.LatnTambin conocido como cuzin, es una aleacin de cobre,cinc (Zn) y, en
menor proporcin, otros metales. Se obtiene mediante la fusin de suscomponentes en un crisol o mediante la fusin y reduccin de menas
sulfurosas en un horno de reverbero o de cubilote. En los latones
industriales, el porcentaje de Zn se mantiene siempre inferior a 50%. Su
composicin influye en las caractersticas mecnicas, la fusibilidad y la
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EC. 12.2.-7
capacidad de conformacin porfundicin,forja y mecanizado.En fro,los lingotes obtenidos se deformanplsticamenteproduciendolminas,
varillas o se cortan en tiras susceptibles de estirarse para fabricar
alambres. Su densidad depende de su composicin y generalmenteronda entre 8,4 g/cm
3y 8,7 g/cm
3.
Las caractersticas de los latones dependen de la proporcin de
elementos que intervengan en la aleacin de tal forma que algunos tiposde latn son maleables nicamente en fro, otros exclusivamente en
caliente, y algunos no lo son a ninguna temperatura. Todos los tipos de
latones se vuelven quebradizos cuando se calientan a una temperaturaprxima alpunto de fusin.
El latn es ms duro que el cobre, pero fcil de mecanizar, grabar y
fundir. Es resistente a la oxidacin, a las condiciones salinas y esmaleable,por lo que puede laminarse en planchas finas. Su maleabilidad
vara la temperatura y con la presencia, incluso en cantidades mnimas,de otros metales en su composicin.
12.2.Demuestre la ecuacin que utilizo para calcular la densidad del solido por elmtodo del picnmetro
( )
()
( )( )
()
( )( )
W1 = Peso del picnmetro
W2 = Peso del picnmetro ms la muestraW3 = Peso del picnmetro ms agua
W4 = Peso del picnmetro ms agua y muestra
EC. 12.2.-1
EC. 12.2.-2 EC. 12.2.-3
EC. 12.2.-4
EC. 12.2.-5
EC. 12.2.-6
EC. 12.2.-8
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12.3.Distinguir entre solido amorfo y solido cristalino12.3.1.Solido Amorfo
Es unestado slido de la materia, en el que las partculas que conforman
el slido carecen de una estructura ordenada. Estos slidos carecen deformas y caras bien definidas.
12.3.2.Solido CristalinoUn slido cristalino es aqul que tiene una estructura peridica yordenada, como consecuencia tienen una forma que no cambia, salvo por
la accin de fuerzas externas. Cuando se aumenta la temperatura, los
slidos se funden y cambian al estado lquido. Las molculas ya no
permanecen en posiciones fijas, aunque las interacciones entre ellassiguen siendo suficientemente grandes para que el lquido pueda cambiar
de forma sin cambiar apreciablemente de volumen, adaptndose alrecipiente que lo contiene.
12.4.Explique los sistemas de cristalizacin de un slido, como se diferencia cadauno de ellos.
Son una disposicin infinita de puntos discretos cuya estructura es invariante
bajotraslaciones.En la mayora de casos tambin se da una invariancia bajo
rotaciones osimetra rotacional. Estas propiedades hacen que desde todos los
nodos de una red de Bravais se tenga la misma perspectiva de la red. Se diceentonces que los puntos de una red de Bravais son equivalentes.
Medianteteora de grupos se ha demostrado que solo existe una nica red de
Bravais unidimensional, 5 redes bidimensionales y 14 modelos distintos deredes tridimensionales, siendo para cada solido un sistema cristalogrfico
diferente lo cual permite su identificacin por su forma.
Tabla: 12.4.-1Sistemas Cristalogrficos
Fig: 12.4.-1
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12.5.Qu mtodos se emplean industrialmente para determinar la densidad deslidos?
En la industria principalmente usan los mtodos de la balanza Marcy, elMatraz Le Chatelier y el mtodo del picnmetro; anteriormente descritos en la
seccin de teora del presente informe, aunque en la actualidad se estnusando capada vez ms las bsculas de densidad que determinan la densidad
en slidos segn el mtodo de impulso ascensional. En principio estasbsculas de densidad son bsculas electrnicas de una gran precisin. La
medicin de la densidad en lquidos se realiza midiendo el impulso
ascensional con un determinado cuerpo de cristal. La medicin de la densidaden slidos se realiza a travs del peso y el volumen de una muestra. El
dispositivo de pesado de las bsculas de densidad determina el peso, el
volumen se calcula por el empuje de la muestra dentro de un lquido, para lo
que deber conocerse la densidad de este lquido de referencia.
12.6.Defina propiedades extensivas e intensivas y Cules son?
12.6.1.Propiedades intensivasSon las cualidades de la materia independientes de la cantidad que se
trate, es decir no dependen de la masa no son aditivas y, por lo general,resultan de la composicin de dos propiedades extensivas. El ejemplo
perfecto lo proporciona la densidad, que relaciona la masa con el
volumen. Ejemplos: punto de fusin, el punto de ebullicin, el
coeficiente de solubilidad, el ndice de refraccin, el mdulo de Young,densidad, etc.
12.6.2.Propiedades extensivasSon las cualidades de la materia dependientes de la cantidad que se trate.
Son aditivas y de uso ms restringido para caracterizar a las clases de
materia debido a que dependen de la masa y las que dependen de lacantidad de materia. Ejemplos: volumen, masa, carga elctrica, etc.
12.7.Un anillo de oro de 14 quilates tiene un peso de 1.80g. Determinar la densidaddel anillo y su composicin en peso si se considera que adems de orocontiene plata. (Nota: un anillo de oro puro se dice que es de 24 quilates)
Au=19.3 g/cm3
Ag=10.5 g/cm3
Definicin de Quilate
1 Qutale = 1 g de Au/24g de muestra = 4.1667% en peso de oro24 Quilates = 24g de Au/24g de muestra = 100% en peso de oro
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14 Quilates = 14 g de Au/24g de muestra = 58.333% en peso de oro
Tabla: 12.7.-1
Composicin del Anillo
Material Peso %Peso X pesoOro 1.0499 58.33 0.5833
Plata 0.7501 41.67 0.4167
Total 1.80 100 1
12.8.Un recipiente de vidrio pesa 25.60g estando vacio y 35.55g cuando se llenacon agua a 20C. La densidad del agua a esta temperatura es de 0.998 g/cm
3.
Cuando se colocan 10.20g de municiones de plomo en el recipiente y se llenaeste nuevamente con agua a 20C, resulta un peso total de 44.83g Cul es la
densidad del plomo?
W1= 25.60g (recipiente vacio)
W2= 35.80g (recipiente ms municiones)W3= 35.55g (recipiente ms agua)W4= 44.83g (recipiente ms agua y municiones)
H2O=0.998 g/cm3
T= 20C
( ) ( ) ( )
()
( ) ( )
EC. 12.7.-1
EC. 12.7.-2
EC. 12.8.-1