PRÁCTICA 1: DETERMINACIÓN DE DENSIDADES DE LÍQUIDOS

PRÁCTICA 4: DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE DISOLUCIONES DE AGUA Y SAL UTILIZANDO LA BALANZA DE MOHR-WESTPHAL.

Objetivo

Conocer el funcionamiento de la balanza de Mohr- Westphal y averiguar la concentración de una disolución problema mediante una recta de calibrado.

Fundamentos teóricos 

La balanza de Mohr- Westphal se utiliza para la determinación de densidades de líquidos diferentes al agua destilada. Además se puede utilizar para definir el Westphal de la densidad de minerales sólidos.

El funcionamiento de esta balanza se basa en el principio de Arquímedes, que establece que un cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical E, hacia arriba, de igual valor al peso del fluido desplazado:

donde 

ρ = densidad del fluido
V = volumen del cuerpo que esta sumergido en el fluido.
g = gravedad

Si un mismo cuerpo se sumerge en dos fluidos diferentes de densidades ρ1 y ρ2, la razón entre los empujes que experimentará cada fluido será:

Descripción de la balanza de Mohr- Westphal

Esta balanza esta compuesta por dos brazos desiguales. El brazo más corto termina en una masa compacta P, de peso fijo, con una aguja que debe quedar al mismo nivel que otra aguja, fija al chasis, cuando la balanza esta equilibrada.  

Del extremo del brazo largo pende, mediante un hilo delgado, un inmersor de vidrio I, que suele llevar incorporado un termómetro para medir la temperatura del líquido cuya densidad se este analizando. En este brazo hay marcadas diez muescas, numeradas del 1 al 10, que deben interpretarse como 0.1, 0.2, … hasta la unidad.

Cuando el inmersor está en el aire, su peso queda equilibrado por el contrapeso. Al sumergir el inmersor en un líquido, el empuje hidrostático desequilibra la balanza. Para reestablecer el equilibrio deben colocarse unas pesas en forma de horquillas, conocidas como reiters o "jinetillos", de forma que se compense totalmente dicho empuje.

Material y sustancias

MATERIAL	SUSTANCIAS
Balanza de Mohr-Westphal con sus accesorios (jinetillos, pinza) Probeta Vaso de precipitado Varilla Embudo Pipeta Pasteur Matraz aforado (con tapón)	Agua destilada. Sal Disolución problema MU Gel desinfectante

Procedimiento experimental y cálculos

1. Se preparan una serie de disoluciones de NaCl al 5 % p/v, 10 % p/v, 12 % p/v, 15 % p/v utilizando los matraces aforados. 

Ejemplo: si se quiere preparar una disolución al 5 % p/v en un matraz aforado de 100 ml se deberían pesar 5 g de Nacl.  

2. Se monta la balanza, se limpia, se seca el inmersor y se cuelga del gancho que hay en el extremo del brazo largo. Tenemos que actuar sobre los tornillos A y B hasta conseguir que las dos agujas queden a la misma altura. Entonces la balanza estará equilibrada. 

Balanza de Mohr- Westphal

Balanza equilibrada

3. Se llena la probeta de agua destilada y se coloca el inmersor dentro del agua, de forma que quede totalmente sumergido sin tocar el fondo y las paredes. Si quedan burbujas de aire adheridas al inmersor debe sacudirse para que se desprendan.

4. Se establece nuevamente el equilibrio de la balanza colocando los reiters, empezando por los de mayor tamaño. El valor de cada jinetillo es convencional y depende de la posición en el brazo de la balanza (ver anexo 1). Ensayamos con cada uno de ellos (P, P1, P2 y P3) en las distintas muescas, en sentido decreciente, hasta que se consiga equilibrar la balanza. Cuando un peso resulta excesivo en una división y deficiente en la contigua, se deja en la menor y se procede a ensayar con el reiter siguiente. Si es necesario, se prueba con todos los reiters hasta equilibrar totalmente la balanza. Entonces podremos anotar el valor de la densidad obtenida (ρa').

Reiters o "jinetes"

5. Se toma la temperatura del agua con el termómetro del inmersor y  se establece la densidad del agua destilada para esa temperatura (ρa). (Ver anexo 2). 

6. Se calcula el factor de corrección instrumental de la balanza:

7. Se descarga la balanza y se saca el inmersor del agua. Hay que limpiarlo y secarlo con cuidado y volver a colocarlo nuevamente.

8. Se vacía, limpia y seca la probeta. Se llena con la primera disolución preparada.

9. Se Sumerge el inmersor en la disolución y se determinar su densidad (p')siguiendo los pasos anteriores.

10. Se aplica el factor de correccción instrumental f, obtenido en el paso 6, para calcular la densidad de la disolución:

11. Se calcula la densidad del resto de disoluciones preparadas y de la disolución problema MU. Para ello, repetir los pasos 5,6,7,8,9 y 10 con cada una de ellas.

12. Con la ayuda de un programa informático (Excel), se obtiene una representación grafica de los resultados obtenidos. Representando:

Eje y : densidad
Eje x : concentración

13. Se obtiene la ecuación de la recta y la concentración de la disolución problema MU utilizando los datos de densidad obtenidos con la balanza de Mohr-Westphal y la ecuación anterior.

Resultados

Calculamos la densidad del agua con la balanza de Mohr-Westphal y obtenemos el factor de corrección f:

P	P1	P2	P3
0,9	0,09 0,02	0,001	-

TOTAL (ρa’): 1,011 g /ml

ρa (T : 20ºC) = 0,998205 g/ml

f = 0.9873

A continuación se recogen los resultados obtenidos para cada una de las disoluciones:

Disolución 5 % p/v

P P1 P2 P3 0,9 0,1 0,01 0,03 0,001 - TOTAL (ρ’): 1,041 g /ml Ρ= 1,028 g/ml

Disolución 10 % p/v

P P1 P2 P3 0,9 0,1 0,06 0,006 0,0005 TOTAL (ρ’): 1,0665 g /ml Ρ= 1,0530 g/ml

Disolución 12 % p/v

P P1 P2 P3 0,9 0,1 0,08 0,008 - TOTAL (ρ’): 1,088 g /ml Ρ= 1,074 g/ml

Disolución 15 % p/v

P P1 P2 P3 0,9 0,2 - 0,004 - TOTAL (ρ’): 1,104 g /ml Ρ= 1,090 g/ml

Disolución problema (MU)

P P1 P2 P3 0,9 0,1 0,07 0,001 0,0004 TOTAL (ρ’): 1,0714 g /ml Ρ= 1,0578 g/ml

Representación gráfica de los resultados:

Concentración  (% p/v) Ρ (g/ml) 5 1,028 10 1,0530 12 1,074 15 1,090

Cálculo de la concentración de la disolución problema MU:

y = 0,006 x + 0,994

1,0578 g/ml = 0,006 x + 0,994

x = 10,63 % p/v

Conclusiones

La densidad de las disoluciones de NaCl aumenta conforme se incrementa la concentración de sal.

No conocemos la composición de la disolución problema, por lo que para la obtención de los resultados, suponemos que se trata de una disolución de NaCl. 

Tras lo resultados obtenidos, se puede decir que la balanza de Mohr Westphal es un instrumento de medida fiable, aunque en la industria suelan emplearse otros métodos para obtener la densidad de disoluciones. Es un instrumento usado principalmente a nivel educativo.

El coeficiente de corrección obtenido se encuentra relativamente cerca de la unidad, por lo que nuestro análisis es correcto, ya que el grado de asociación entre la densidad y la concentración es alto.

Bibliografía

Apuntes de clase (UD 0 y UD 1 del módulo Regulación y Control del Proceso Químico)

ecured.cu

ual.es

Anexos

Anexo 1: Valor de cada reiters dependiendo de la posición en el brazo de la balanza Mohr- Westphal.

División/ jinetillo	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
P	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1
P1	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,1
P2	0,001	0,002	0,003	0,004	0,005	0,006	0,007	0,008	0,009	0,01
P3	0,0001	0,0002	0,0003	0,0004	0,0005	0,0006	0,0007	0,0008	0,0009	0,001

Anexo 2: Densidad del agua destilada en función de la temperatura.

T ( º C)	D (g/ml)	T ( º C)	D (g/ml)
0	0,999841	16	0,998943
1	0,999900	17	0,998775
2	0,999941	18	0,997596
3	0,999965	19	0,998406
4	0,999973	20	0,998205
5	0,999965	21	0,997994
6	0,999941	22	0,997772
7	0,999902	23	0,997540
8	0,999849	24	0,997299
9	0,999782	25	0,997047
10	0,999701	26	0,996785
11	0,999606	27	0,996515
12	0,999498	28	0,996235
13	0,999377	29	0,995946
14	0,999244	30	0,995649
15	0,999099