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Operating instructions Bedienungsanleitung Mode d'emploi Instrucciones de manejo Istruzioni per l'uso METTLER TOLEDO 33360 210260 Density determination kit Page 3 Seite 9 Page 15 to determine the density of solids (33360) and liquids (33360/210260) with top-loading electronic METTLER TOLEDO balances with pan diameters of 80 and 130 mm Dichtebestimmungszusatz für die Dichtebestimmung von Festkörpern (33360) und Flüssigkeiten (33360/210260) auf oberschaligen elektronischen METTLER TOLEDO-Waagen mit Schalendurchmesser 80 und 130 mm Accessoires pour la détermination de la masse volumique des solides (33360) et des liquides (33360/210260) à l'aide de balances électroniques METTLER TOLEDO à plateau supérieur ayant un diamètre de 80 et 130 mm Conjunto de determinación de densidades Página 21 para la determinación de densidades de sólidos (33360) y de líquidos (33360/210260) sobre balanzas electrónicas METTLER TOLEDO de platillo elevado con diámetros de platillo de hasta 80 y 130 mm Kit per la determinazione della densità Pagina 27 di solidi (33360) e liquidi (33360/210260) con l'ausilio di bilance elettroniche METTLER TOLEDO con piatto di pesata superiore del diametro di 80 e 130 mm METTLER TOLEDO 33360 + 210260 1 33360 Density Determination of Solids Dichtebestimmung von Festkörpern Détermination de la masse volumique de solides Determinación de densidades de sólidos Determinazione della densità dei solidi Conjunto de determinar densidades para la determinación de densidades de sólidos y de líquidos sobre balanzas electrónicas METTLER TOLEDO de platillo elevado con diámetros de platillo de hasta 80 y 130 mm. - para sólidos, conjunto de determinar densidades 33360. - para líquidos, conjunto de determinar densidades 33360 + cuerpo de desplazamiento 210260. 1. Definición de la densidad - para la determinación de densidades de sólidos y de líquidos sobre balanzas electrónicas METTLER TOLEDO de platillo elevado con diámetros de platillo de hasta 80 y 130 mm. La densidad ρ de un cuerpo homogéneo es la relación de su masa (m) a su volumen (V) o, lo que es lo mismo, la masa de una unidad de volumen: m [g] V [cm3] ρ= ρ m V = = = densidad masa volumen En lugar de la masa (m) puede utilizarse el término "peso" de acuerdo con DIN 1305. 2. Principio de la determinación de densidades Según el principio de Arquímedes un cuerpo sumergido en un líquido pierde de su peso propio una cantidad igual al peso del líquido por él desalojado. De esta forma puede determinarse la magnitud buscada. El procedimiento es algo diferente para los líquidos que para los sólidos: La densidad de un líquido se determina con ayuda de un cuerpo sumergible o hundidor cuyo volumen es conocido. Para tal fin este cuerpo se pesa una vez en el aire y acto seguido en estado sumergido. A partir de ambas pesadas (en gramos) se calcula la densidad del líquido ρ1 de la forma siguiente: ρ1 = As - Bs + Ls ρ1 = As Bs Vs Ls = = = = Ps = Vs o más sencillo ρ1 = Ps + Ls Vs densidad del líquido ensayado a la temperatura dada T peso del cuerpo en el aire peso del cuerpo sumergido en el líquido volumen del cuerpo empuje del aire por ml del cuerpo (corrección de Asó Ps): + 0,001 g/ ml aprox.; véase también 3.2, Empuje del aire. empuje del cuerpo en el líquido (en lugar de As - Bs): directamente leíble en balanzas METTLER TOLEDO electrónicas, véase 4.1 La densidad de un sólido se determina con ayuda de un líquido (líquido auxiliar) cuya densidad sea conocida. Para ello se pesa el sólido una vez en el aire y a continuación en estado sumergido. A partir de ambas pesadas (en gramos o en quilates) se calcula la densidad ρ2 de la forma siguiente: ρ2 = A • ρo A-B o más sencillo A ρ2 = • ρo ρ2 A B ρo = = = = P = densidad del sólido peso del sólido en el aire peso del sólido sumergido en el líquido auxiliar densidad del líquido auxiliar a la temperatura dada T empuje del sólido en el líquido auxiliar (en lugar de A - B): directamente leíble en balanzas METTLER TOLEDO electrónicas véase 4.2 P En el caso de los sólidos no se tiene en cuenta constantemente el empuje del aire. Si fuera necesario, puede aplicarse en el resultado ρ2, al igual que en el primer caso, la corrección aproximada de + 0,001 g/ cm3; véase también 3.2, Empuje del aire. METTLER TOLEDO 33360 + 210260 21 3. Exactitud de la determinación de densidades La posible consideración de factores que pueden afectar al resultado se acomoda siempre a la exactitud requerida en el mismo. La exposición siguiente permitirá una valoración cuantitativa de cada uno de estos factores. 3.1 Temperatura En el caso de los sólidos, la variación de la densidad por el cambio de temperatura es, en general, tan pequeña que su temperatura carece de importancia para la determinación de densidad (lo mismo puede decirse del cuerpo sumergible). Por el contrario, en el caso de los líquidos, la variación de densidad se sitúa dentro del orden de magnitud de 0,1 … 1 %o por cada °C y , por tanto, puede manifestarse ya en la tercera posición detrás de la coma. Ejemplos: Agua destilada: Hidrocarburos y alcoholes: variación de densidad de 1 %o aprox. a 5 °C variación de densidad de 1 %o aprox. a 1 °C Hay que tener en cuenta que esta variación de densidad de los líquidos interviene también directamente en el resultado de las determinaciones de densidad de los sólidos, debido a que el volumen del sólido se determina mediante un líquido auxiliar en el que se sumerge. De ahí que para determinar la densidad con una exactitud superior al 1 % haya que tener siempre en cuenta la temperatura del líquido. Tabla de densidad para agua destilada: (según "Handbook of Chemistry and Physics" 66th Ed. 1985-1986, F4-F5) Temperatura (°C) Densidad (g/ ml) Temperatura (°C) Densidad (g/ ml) 15,0 0,9991 24,0 0,9973 15,5 0,9990 24,5 0,9972 16,0 0,9990 25,0 0,9970 16,5 0,9989 25,5 0,9969 17,0 0,9988 26,0 0,9968 17,5 0,9987 26,5 0,9966 18,0 0,9986 27,0 0,9965 18,5 0,9985 27,5 0,9964 19,0 0,9984 28,0 0,9962 19,5 0,9983 28,5 0,9961 20,0 0,9982 29,0 0,9959 20,5 0,9981 29,5 0,9958 21,0 0,9980 30,0 0,9956 21,5 0,9979 30,5 0,9955 22,0 0,9978 31,0 0,9953 22,5 0,9977 31,5 0,9952 23,0 0,9975 32,0 0,9950 23,5 0,9974 Para otros líquidos hay que tomar la densidad a la temperatura T de un libro de tablas. 22 METTLER TOLEDO 33360 + 210260 3.2 Empuje del aire 1 cm3 de aire pesa - según las condiciones - entre 1 y 1,2 mg. Así, pues, un cuerpo que se pese en el aire experimenta un empuje de esta magnitud por cada cm3 de su volumen. Esto quiere decir que para una densidad en torno a 1 (1 g/ cm3) se produce un error de cerca del 1 %o si no se tiene en cuenta el empuje del aire. De ahí que si se requiere un resultado de 3 (ó de 4) decimales sea necesario corregir el empuje del aire en el resultado: La densidad verdadera es aproximadamente 0,001 g/ cm3 mayor que la calculada. En la determinación de densidades de líquidos, el procedimiento (división por 10 ml, de acuerdo con el volumen del cuerpo sumergible) facilita ya un resultado de cuatro cifras con una indicación del peso de tres cifras. Por tanto es conveniente, por regla general, efectuar en este caso la corrección por empuje del aire. 3.3 Tolerancia de volumen del cuerpo sumergible Norma de contraste alemana EO 13-4, párrafo 0.21 El volumen del cuerpo sumergible, incluyendo la mitad inferior del hilo de suspensión, debe ser ajustado de forma que, al determinar la densidad del agua a 20 °C, se pueda producir como máximo un error de ± 0,0005 g/ cm3 con un dispositivo sumergible de 30 g. 3.4. Profundidad de inmersión del cuerpo sumergible o portapiedras El cuerpo sumergible pende de un alambre de platino de 0,2 mm de diámetro. Por consiguiente, el alambre experimienta en el agua un empuje de unos 0,3 mg sobre 10 mm de longitud sumergida. Si el líquido se encuentra 10 mm por encima del ojete del cuerpo sumergible, hay sumergidos unos 20 mm de alambre, por lo que con densidades próximas a 1 se origina un empuje de 0,6 mg. Pero como todavía se divide por 10 ml, este efecto no entra en consideración. El portapiedras está formado, en la parte que se sumerge, por alambre de 0,8 mm de diámetro, lo que en el caso de una densidad de líquido próxima a 1 produce un empuje de unos 5 mg por cada 10 mm de longitud sumergida. Pero como al pesar el sólido en el aire el portapiedras está igualmente sumergido, y entre ambas pesadas no varía la profundidad de inmersión en las balanzas electrónicas, a pesar de la diferencia de peso, la fuerza ascensional en el portapiedras permanece constante y, por lo tanto, no interviene. Condición: El portapiedras debe estar suspendido del estribo de igual forma las dos veces y el estado del líquido no variar. (La variación del estado del líquido producida por la inmersión del sólido es generalmente despreciable: un volumen del sólido de 1 cm3 hace subir el líquido unos 0,5 mm, lo que da lugar a un empuje de unos 0,15 mg, es decir, un error de densidad de 0,15 mg/ cm3 aproximadamente). 3.5. Tensión superficial del líquido Debido a la adhesión del líquido al alambre de suspensión, se produce un aumento aparente del peso. En el caso del cuerpo sumergible (diámetro del alambre 0,2 mm) y en agua, esta fuerza es de cerca de 1 mg y puede ser reducida a cerca de 0,3 mg empleando humectantes o líquidos orgánicos. Pero como también a continuación se divide por 10 ml, el error de densidad resultante se eleva a 0.0001 g/ ml, como máximo. Debido al mayor diámetro del alambre en el agua, se origina en el portapiedras una fuerza de hasta 3 mg. Pero también en este caso, análogamente a lo que ocurre en 3.4, se elimina en la práctica un efecto sobre el resultado sumergiendo el portapiedras en ambas pesadas (A y B). Sin embargo, para las máximas exigencias de exactitud la reducción de la tensión superficial sería una medida de precaución (véase también 3.6). METTLER TOLEDO 33360 + 210260 23 3.6 Burbujas de aire Particularmente en el caso de líquidos poco mojadores, por ejemplo agua exenta de humectantes, existe la posibilidad de que se adhieran burbujas de aire al sólido sumergido, cuerpo sumergible o portapiedras, que influyan sobre el resultado por producir empuje. Una burbuja de 1 mm de ø produce un empuje de 0,5 mg, mientras que otra de 2 mm produce un empuje de 4 mg. Medidas de precaución - Desengrase los sólidos que resistan a los disolventes. - Limpie periódicamente portapiedras y cuerpo sumergible, sin tocar con las manos la parte que se sumerge. - Sacuda siempre algo el portapiedras en la primera inmersión (mojadura) en el líquido, antes de suspenderlo del estribo, para desprender las posibles burbujas de aire adheridas. - Utilice humectantes o disolventes orgánicos como líquido auxiliar (p. ej. Foto-Flo de Kodak, Pervitro 75% 72409). Es despreciable el cambio de densidad del agua destilada producido por el humectante; si se añade a 250 ml de agua por ejemplo 0,1 ml de humectante de la densidad 1.2, la densidad total varía en 0,0001 g/ ml. 3.7 Cuerpos porosos Puesto que al sumergir cuerpos porosos generalmente no se desaloja todo el aire de los poros a través del líquido, aparecen errores. La densidad del cuerpo sólo puede ser determinada de forma aproximada. 24 METTLER TOLEDO 33360 + 210260 4. Ejecución de las determinaciones de densidad Disposición: 1 platillo de la balanza METTLER TOLEDO 2 estribo, encajado y fijado en el platillo mediante … 3 … tornillos de apriete; 4 puente, colocado transversalmente encima del platillo sobre la caja de la balanza. Atención: platillo 1 y estribo 2 no deben rozar el puente! 5 vaso de 250 ml, colocado sobre el puente; 6 cuerpo sumergible o portapiedras, suspendidos del estribo 2 en el … 7 … colgante. Deben estar suspendidos en el centro del vaso sin tocarlo. Atención: La primera pesada se hace en seco! 8 termómetro Las distintas partes se vuelven a presentar en la página 33 (lista de repuestos). Notas: - Se recomienda comprobar la calibración. - Tenga en cuenta, además del texto siguiente, las breves instrucciones prácticas de las ilustraciones que acompañan a esta descripción. 4.1 Determinación de la densidad de líquidos - - Utilice el cuerpo de desplazamiento 210260 + el conjunto de determinar densidades para líquidos 33360. Ponga el vaso vació sobre el puente 4, concéntricamente debajo del colgante 7; introduzca el termómetro. Suspenda el cuerpo sumergible 6. No debe rozar el vaso ni el termómetro. Tare la balanza. Indicación: cero exacto. Eche el líquido a ensayar en el vaso hasta unos 10 mm por encima del ojete de suspensión del cuerpo sumergible. No debe quedar adherida burbuja alguna al mismo; en caso necesario quite las burbujas con un pincel fino, etc. En el indicador de la balanza aparece (con signo negativo) el empuje Ps del cuerpo sumergible. Divida esta indicación Ps de la balanza por 10 y luego añada 0.001 g/ ml. El resultado es la densidad de líquido buscada ρ1 [g/ ml] a la temperatura T (lea). ρ1 = Ps Ps [g] + Ls = Vs + 0,001 g/ ml a T °C (Ps = As - Bs) 10 ml En el caso de que se omita la lectura directa del empuje, se obtiene Ps a partir de dos pesadas separadas: As = cuerpo sumergible en el aire; Bs = cuerpo sumergible en el líquido. Procedimiento: igual que antes, pero tarando antes de suspender el cuerpo sumergible. Con éste suspendido, la balanza señala así As y, después de agregar el líquido, Bs (sin nuevo tarado!). Ejemplo con indicación de empuje: Determinación de la densidad de la acetona. Medidas: Ps T = 7,898 g = 20 °C ρ1 7,898 g + 0,001 g/ ml = 0,7908 g/ ml a 20 °C 10 ml La densidad de la acetona verificada es 0,7908 g/ ml a 20 °C. METTLER TOLEDO 33360 + 210260 25 4.2 Determinación de la densidad de sólidos - - Utilice el conjunto de determinar densidades para sólidos (= portapiedras 6), 33360. Eche líquido auxiliar en el vaso hasta que el sólido, una vez colocado en la cestita de alambre del portapiedras, esté cubierto como mínimo con 1 cm de líquido. Meta el termómetro. Coloque el vaso en el puente 4, concéntricamente debajo del colgante 7. Suspenda el portapiedras (atención a las burbujas, sobre todo en la cestita). Tare la balanza. Indicación: cero exacto. Ponga el sólido seco en la capsulita superior del portapiedras, anote la indicación del peso (en gramos o en quilates). Este es el peso A del sólido en el aire. Tare de nuevo la balanza (con sólido en la capsulita). Indicación: cero exacto. Saque el sólido de la capsulita y póngalo en la cestita de alambre inferior (dentro del líquido). En el indicador de la balanza aparece (con signo negativo) el empuje p del sólido. Divida la primera indicación A por la segunda P y luego multiplique este resultado intermedio por la densidad ρo del líquido auxiliar (a la temperatura dada T). Este resultado final es la densidad buscada ρ2 del sólido. La unidad corresponde a la unidad utilizada para la densidad ρo del líquido auxiliar, por ejemplo g/ cm3 (igual a g/ ml). ρ2 = A P • ρo A [g] = • ρo [g/ cm3] P [g] Puesto que las unidades de A y de P se anulan, puede pesarse, por ejemplo, tanto en quilates como en gramos: el resultado ρ2 tiene siempre la unidad de ρo. En el caso de que se omita la indicación directa, también aqui P se obtiene a partir de A - B: B aparece en lugar de P en el indicador de la balanza, cuando después de la indicación de peso A no se tara de ninguna forma o se hace con el sólido levantado. Ejemplo con indicación de empuje: Determinación de la densidad de una moneda con ayuda de agua destilada. Medidas: A = 3,011 g P = 0,336 g T = 25,5 °C → ρo = 0,997 g/ cm3 ρ2 = 3,011 • 0,997 g/ cm3 = 8,93 g/ cm3 0,336 La moneda tiene una densidad de 8,93 g/ cm3. 26 METTLER TOLEDO 33360 + 210260 For fast, reliable and efficient determination of density of solid, porous or fluid substances we also recommend the METTLER TOLEDO LabWare "Density". Für schnelle, einfache und zuverlässige Dichtebestimmung von festen, porösen und flüssigen Stoffen verwenden Sie auch die METTLER TOLEDO LabWare "Dichte". Pour une détermination rapide, simple et fiable de la masse volumique de solides poreux ou de liquides, utilisez également le METTLER TOLEDO LabWare "Masse volumique". Para una determinación rápida, sencilla y fiable de densidades de sustancias sólidas, porosas y líquidas, utilice también el LabWare METTLER TOLEDO "Densidad". Per una determinazione rapida, semplice ed affidabile della densità di sostanze solide, porose e di liquidi impiegate anche il METTLER TOLEDO LabWare "Densità". 34 METTLER TOLEDO 33360 + 210260