Antes de proceder experimentalmente a cuantificar algunas propiedades de los cuerpos y su relación con la masa de los mismos, es conveniente que recuerdes lo siguiente:

La densidad (d) es una propiedad específica de las sustancias, puesto que sustancias diferentes tienen diferentes valores de densidad. Esta propiedad relaciona la masa de una sustancia con el volumen que ocupa y matemáticamente dicha relación se expresa como:

m

d

V

en donde d representa el valor de la densidad de la sustancia considerada; m representa su masa, y V el volumen que ocupa. ¿En qué unidades del SI se expresan los valores de la densidad?. Como recordarás, la masa se expresa en kg y el volumen en m³, por lo que:

m Kgd V m³

por tanto Kg

d m

₃

la notación (d) indica que nos estamos refiriendo a las unidades en que se expresa d.

En la práctica la unidad Kg/m³ es poco empleada, y comúnmente encontrarás expresada la densidad de las sustancias en g/cm³ o g/mL que, como observas, son submúltiplos de la unidad en el SI.

Por otra parte, la densidad de una sustancia depende de la temperatura a la que ésta se encuentre; así, aunque el hielo y el agua son químicamente iguales su estado físico depende de la temperatura a la que se hallen, y si se comparan los valores de densidad se tiene:

densidad del hielo (agua a 0 ⁰C) = 0.92 g/cm³

densidad del agua (agua a 20 ⁰C) = 1.0 g/cm³

Algo similar sucede con otras sustancias, por lo que, al expresar el valor de su densidad, debe indicarse la temperatura a la cual se hizo la medición; si no es así debe sobreentenderse que la medición se hizo a 25 ⁰C.

Algunos otros ejemplos de valores de densidad son: Cuadro 7

Regresando a la expresión matemática de la densidad. m

d …(1)

V

Podemos encontrar dos relaciones más que nos serán útiles más adelante en la resolución de problemas. Así: m = dV …(2) nos indica que podemos calcular la masa (m) de la sustancia, si conocemos la densidad

y el volumen que ocupa; o bien m

V …(3)

d

que nos indica que podemos calcular el volumen (V) ocupado por la sustancia si conocemos su masa y su densidad. Con estas relaciones podemos resolver problemas como los siguientes:

Ejemplo 1. ¿Cuál será la masa de una placa de oro que ocupa un volumen de 18 mL a 20 ºC?. Aplicando la relación …(2) m = dV y conociendo que la densidad de oro a 20 ºC es de 19.3 g/mL se tiene:

m = dV ? m (19.3 g/mL) (18 mL) = 347.4 g

(? significa “por tanto”)

Ejemplo 2. Encuentra la densidad de una sustancia líquida, de la cual 86 g ocupan un volumen de 125 mL. Aplicando la relación …(1) m 86 g

d se tiene d 0.6889 g / mL

V125 mL

Ejemplo 3. ¿Qué volumen ocupará un cubo de hielo que pesa 500 Kg?.

1000 g

Primero habrá que transformar 500 Kg en g usando la razón unitaria , de la siguiente manera: 1 Kg

1 000 g

500 000 g ó 5 x 10⁵ g 1 Kg

500 Kgx

Ahora aplicando la relación … (3) se tiene:

m 500000g 5 3

5.4347826 x 10 cm d 0.92 g/cm³

.

Ejemplo 4. La densidad de una sustancia de 0.28 g/cm³ exprésala en Kg/m³ Recordando que las relaciones son:

3

1 Kg 1m

y se tiene

63

1 000g1 x 10 cm

6

3

§¨ ¨

1 Kg 1 x 10 Kg

§¨ ©

§¨ ©

028

·

·

·

280

3

3 3

¹¸

¸¹¸

1 000 g

¹¸

1m

©

cm

Hasta este momento has aprendido los conceptos teóricos necesarios para poder hacer mediciones de las propiedades más comunes de la materia; pero, ¿cómo se determinan experimentalmente estas propiedades?, ¿con base en qué característica se pueden clasificar las propiedades de la materia?. Parte de las respuestas las encontrarás al realizar correctamente la siguiente actividad experimental.

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 5

PROPIEDADES INTENSIVAS Y EXTENSIVAS DE LA MATERIA (OBLIGATORIA)

Objetivo

El objetivo de esta actividad experimental es que cuantifiques algunas propiedades de la materia y, además, que utilices las unidades del Sistema Internacional para expresar estas mediciones; así también a través del análisis de los resultados obtenidos establecerás el concepto de propiedad intensiva y de propiedad extensiva de la materia y clasificarás de esta manera aquellas propiedades que has cuantificado.

Cuestionario de conceptos antecedentes

Antes de realizar el trabajo experimental, es necesario que contestes correctamente el siguiente cuestionario:

¿A qué se le llama propiedad intensiva y a qué propiedad extensiva de la materia? (Consulta el glosario).

¿Qué es una propiedad de la materia?.

¿Cómo se define la masa?.¿En qué unidad del SI se expresa?.

¿Qué instrumento de laboratorio se emplea para determinar la masa de una sustancia?.

¿Cuál es la razón unitaria que relaciona al gramo con el kilogramo?.

¿En qué unidad del SI se expresa el volumen?.

Para el caso específico del agua, ¿qué relaciones existen entre m³, cm³ y mL?.

¿Qué sucede con el volumen si a una cierta cantidad de agua se le adiciona a un balín metálico?.

¿Qué fórmula matemática permite determinar la densidad de una sustancia?.

¿A qué se le llama punto de ebullición?.

¿En qué unidades se expresa?.

¿Cuál es el punto de ebullición del agua? (consulta el glosario).

Experimento I

Cuantificación de la masa, el volumen y la densidad de la arena

Objetivo

En este experimento utilizarás las unidades del SI para expresar la medición de la masa, el volumen y la densidad para diferentes muestras de arena y, además, encontrarás la relación que existe entre ellas para clasificarlas como propiedades intensivas o extensivas.

¿Qué necesitas?

Materiales Sustancias

 1 balanza granataria con precisión  55 g de arena de mar tamizada hasta centésimas de gramo  250 mL de agua destilada  4 probetas de 100 mL con graduación

en mililitros  4 vidrios de reloj  1 espátula  1 vaso de precipitados de 250 mL

(para el agua)  1 vaso de precipitados de 100 mL (para arena)

Prevención y seguridad

La indicada para el trabajo con material de vidrio.

Procedimiento

1. Numera las probetas y coloca 50 mL de agua en cada una de ellas. Recuerda que 1 litro = 1 dm³ y, por tanto, 1 mL = 1 cm³. El volumen en cada probeta será entonces de 50 cm³.
2. Sobre los vidrios de reloj pesa muestras de 5, 10, 15 y 20 g de arena, respectivamente.
3. Con cuidado transfiere las muestras de arena en la forma siguiente: a la probeta núm. 1 adiciona 5 g de arena, a la probeta núm. 2, 10 g de arena; a la probeta núm. 3, 15 g de arena, y a la probeta núm. 4, 20 g de arena.
4. Determina el volumen correspondiente a cada muestra de arena (en cada probeta, el volumen de la arena corresponde a los mL finales leídos en la probeta menos 50 mL).

Figura 13

Hipótesis

Escribe una hipótesis que involucre a la masa, el volumen y la densidad de una sustancia.

Registro de observaciones

Registra tus resultados en la siguiente tabla y realiza las transformaciones de unidades necesarias.

Utiliza la notación científica.

En una hoja de papel milimétrico construye las siguientes gráficas: a) masa (kg) contra volumen cm³, y b) masa (g) contra densidad g/cm³ para el experimento. A partir de estas gráficas contesta las siguientes preguntas:

¿Qué tipo de gráfica se obtuvo en a)?.

¿Qué sucede con el volumen, si la masa aumenta?.

¿Qué tipo de proporcionalidad existe entre la masa y el volumen?.

¿Cómo se expresa matemáticamente esta relación?.

¿Qué otro líquido puedes usar en este experimento en lugar de agua?.

¿Podrías emplear este método para medir el volumen de cualquier sólido?.

¿Qué tipo de gráfica obtuviste en b)?.

¿Qué sucede con la densidad si la masa aumenta?.

¿Qué relación existe entre la masa y la densidad de una sustancia?.

¿Cómo se expresa matemáticamente esta relación?.

¿El volumen depende de la masa de arena empleada?. ¿Qué tipo de propiedad es el volumen: intensiva o extensiva?.

¿La densidad depende de la masa de arena empleada?. ¿Qué tipo de propiedad es la densidad?.

Experimento II

Determinación del punto de ebullición del agua

Objetivo

En este experimento apreciarás la relación existente entre el punto de ebullición y la masa en diferentes cantidades de agua.

¿Qué necesitas?

Materiales Sustancias

 1 soporte universal ☞ 90 mL de agua destilada  1 mechero de Bunsen  1 anillo metálico  1 rejilla de alambre con asbesto  1 pinza para bureta  1 termómetro de 0-150 ºC  4 matraces Erlenmeyer de 125 mL  3 tubos de ensayo de desprendimiento  1 probeta de 50 mL  1 vaso de precipitados de 100 mL  Cuerpos para controlar la ebullición

del agua (pueden utilizarse piedritas

porosas).

Prevención y seguridad

La indicada para el trabajo con material de vidrio.

Procedimiento

Coloca en los matraces 15, 30 y 45 mL de agua, respectivamente, y agrega a cada uno cuerpos de ebullición suficientes.

Sitúa cada tubo como se muestra en la siguiente figura.

Figura 14

Calienta lentamente hasta que el agua se mantenga en franca ebullición.

Observa la lectura del termómetro, y cuando la temperatura ya no varíe, anota el valor que corresponda a cada matraz (este valor corresponde al punto de ebullición de la muestra de agua en el matraz).

Hipótesis

Escribe una hipótesis que relacione la masa del agua en los matraces con el punto de ebullición medido.

Registro de observaciones

Completa los valores para la siguiente tabla; en caso necesario realiza las transformaciones de unidades correspondientes, y emplea la notación científica.

Recuerda que la densidad del agua se considera como: 1 g/cm³ y K = ºC + 273

Cuestionario de reflexión

Construye en tu cuaderno la gráfica de punto de ebullición en K contra masa en g para el experimento.

¿Qué tipo de gráfica obtuviste?.

¿El punto de ebullición depende de la masa de agua empleada?.

¿Qué tipo de propiedad es el punto de ebullición?.

¿Qué resultados esperarías si en lugar de agua empleas algún otro líquido en el experimento?.

Conclusiones

A partir de la hipótesis que planteaste en cada experimento y del análisis de resultados correspondiente, escribe brevemente tus conclusiones de la actividad experimental con base en lo siguiente:

¿Qué propiedades de las que cuantificaste dependen de la cantidad de masa empleada?.

¿Qué tipo de gráfica se obtiene experimentalmente al cuantificar esas propiedades?.

¿A las propiedades de la materia cuyo valor depende de la masa se les llaman propiedades?.

¿Qué tipo de gráfica se obtiene experimentalmente al cuantificar esas propiedades?.

¿A las propiedades de la materia, cuyo valor no depende de la masa, se les llaman propiedades?.

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL No. 6

“PROPIEDADES INTENSIVAS Y EXTENSIVAS DE LA MATERIA”

Objetivo

Cuantificar algunas propiedades de la materia, utilizando las unidades del Sistema Internacional para clasificarlas en propiedades intensivas y extensivas.

Cuestionario de conceptos antecedentes

1) ¿Qué es una propiedad de la materia?______________________________________

2) ¿A qué se le llama propiedad intensiva y a qué propiedad extensiva de la materia?________________________________________________________________

3) ¿Cómo se define la masa y en qué unidad del SI se mide? _____________________

4) ¿Qué instrumento de laboratorio se emplea para determinar la masa de una sustancia?______________________________________________________________

5) ¿Cuál es la razón unitaria que relaciona al gramo con el kilogramo?.

6) ¿En qué unidad del Sl se expresa el volumen? _______________________________

3,3

7) Para el caso específico del agua, ¿qué relaciones existen entre m cmy mL?.___________________________________________________________________

8) ¿Qué sucede con el volumen si a una cierta cantidad de agua se le adiciona un balín metálico?_______________________________________________________________

9) ¿Cómo se determina la densidad de una sustancia? __________________________

10) ¿A qué se llama punto de ebullición? ______________________________________

11) ¿En qué unidades se expresa? __________________________________________

12) ¿Cuál es el punto de ebullición del agua? __________________________________

Experimento l Objetivo

Medir la masa y el volumen de diferentes muestras de arena para determinar su densidad.

Hipótesis

Escribe una hipótesis que involucre a la masa, volumen y densidad de una sustancia.

¿ Qué necesitas ?

Materiales. Sustancias

• 1 Balanza granataria de 311 g ☞ 55 g de arena tamizada
• 4 Probetas de 100 mL ☞ 250 mL de agua
• 4 Vidrios de reloj
• 1 Espátula
• 1 Vaso de precipitados de 250 mL
• 1 Vaso de precipitados de 100 mL

Prevención y seguridad

La indicada para el trabajo con material de vidrio.

¿Cómo hacerlo?

Numera las probetas del 1 al 4 y coloca 50 mL de agua en cada una de ellas. Recuerda que 1 litro = 1 dm³ y, por tanto, 1 mL= 1cm³. El volumen en cada probeta será entonces de 50 cm³.

Sobre los vidrios de reloj pesa muestras de 5, 10, 15 y 20 g de arena, respectivamente.

Con cuidado transfiere las muestras de arena en la forma siguiente: a la probeta núm. 1 adiciona 5 g de arena, a la probeta núm. 2, 10 g de arena; a la probeta número 3,15 g de arena, y a la probeta núm. 4, 20 g de arena.

Figura 15

Determina el volumen correspondiente a cada muestra de arena (en cada probeta, el volumen de la arena corresponde a los mL finales leídos en la probeta menos 50 mL).

Registro de observaciones

Registra tus resultados en la siguiente tabla y realiza las transformaciones de unidades necesarias. Utiliza la notación científica.

Eliminación de desechos

La arena que utilizaste en tu experimento, colócala en el recipiente que te indique el profesor para que se utilice posteriormente. No la deseches por la tarja.

Experimento II

Objetivo

Determinar el punto de ebullición a diferentes cantidades de agua para establecer la relación entre éste y la masa de cada muestra.

Hipótesis

Escribe una hipótesis que relacione la masa de agua con el punto de ebullición

¿Qué necesitas?

Materiales Sustancias

• 1 Soporte universal ☞ 90 mL de agua
• 1 Mechero de Bunsen
• 1 Anillo metálico
• 1 Tela de alambre con asbesto
• 1 Pinzas para bureta
• 1 Termómetro de 0-150°C
• 3 Matraces Erlenmeyer de 125 mL
• 1 Probeta de 50 mL
• 1 Vaso de precipitados de 100 mL
• 1 Pinzas para termómetro
• Cuerpos de ebullición

Prevención y seguridad

La indicada para el trabajo con material de vidrio.

¿Comó hacerlo?

Numera los matraces y coloca en ellos 15,30 y 45 mL de agua, respectivamente, y agrega a cada uno, cuerpos de ebullición suficientes.

Instala un sistema como se muestra en la siguiente figura.

Figura 16

Calienta suavemente hasta que el agua se mantenga en franca ebullición. Esta debe ser uniforme si observas que es violenta, ten cuidado pues pueden haber proyecciones.

Observa la lectura del termómetro y cuando la temperatura ya no varíe, anótala (este valor corresponde al punto de ebullición de la muestra de agua).

Repite el procedimiento con los otros matraces.

Registro de observaciones

Completa los valores para la siguiente tabla, en caso necesario realiza las transformaciones de unidades correspondientes, y emplea la notación científica.

Recuerda que la densidad del agua es: 1 g/cm³ y K= °C + 273

Cuestionario de reflexión

En una hoja de papel milimétrico construye las siguientes gráficas: a) masa en kg contra volumen en cm³ y b) masa en g contra densidad en g/cm para el experimento I. A partir de estas gráficas, contesta las siguientes preguntas:

1) ¿Qué tipo de gráfica se obtuvo en a)?______________________________________

2) ¿Qué sucede con el volumen, si la masa aumenta? ___________________________

3) ¿Qué tipo de proporcionalidad existe entre la masa y el volumen? ________________

4) ¿Qué tipo de gráfica obtuviste en b)? ______________________________________

5) ¿Qué sucede con la densidad si la masa aumenta?____________________________

6) ¿Qué relación existe entre la masa y la densidad de una sustancia? _____________

7) ¿El volumen depende de la masa de arena?_________________________________

8) ¿Qué tipo de propiedad es el volumen, intensiva o extensiva? ___________________

9) ¿La densidad depende de la masa de arena empleada? _______________________

10) ¿Qué tipo de propiedad es la densidad? ___________________________________ Construye la gráfica de punto de ebullición en K contra la masa en g para el experimento II. A partir de la gráfica contesta las siguientes preguntas.

11) ¿Qué tipo de gráfica obtuviste?___________________________________________

12) ¿El punto de ebullición depende de la masa de agua empleada?________________

13) ¿Qué tipo de propiedad es el punto de ebullición?____________________________

Conclusiones

A partir de la hipótesis que planteaste en cada experimento y del análisis de resultados guiado por el cuestionario de reflexión, escribe brevemente tus conclusiones de la actividad experimental.