El volumen se mide de manera diferente para cada estado de la materia, y este tutorial enseña las tres técnicas en una sola sesión. Un líquido se puede verter en una probeta graduada y leer directamente, siempre y cuando la lectura se tome en la base del menisco, la curva que la tensión superficial del líquido forma contra el vidrio. Un sólido, especialmente uno irregular que ninguna regla puede capturar, se mide por desplazamiento: sumergido en un vaso desbordante lleno hasta el borde, empuja exactamente su propio volumen de agua, que se recoge y se lee en una probeta. Un gas se mide dejando que desplace agua de una bureta invertida y llena de agua: las burbujas de gas suben, el nivel del agua baja y las graduaciones registran cuánto espacio ha ocupado el gas. En este tutorial, medirá 70 mL de agua en una probeta graduada, determinará el volumen de cinco piezas de plomo con el vaso desbordante y recolectará un gas sobre agua en una bureta mientras un cronómetro y el gráfico de volumen frente al tiempo de la tableta registran el flujo.
Objetivos Educativos
Técnica de medición para cada estado de la materia
- Mide el volumen de un líquido directamente en una probeta graduada, leyendo en la base del menisco.
- Mida el volumen de un sólido irregular por desplazamiento de agua, y el volumen de un gas por recolección sobre agua en una bureta.
Aplicación de principios físicos
- Aplica el principio de desplazamiento: un objeto totalmente sumergido desplaza exactamente su propio volumen de fluido, sea cual sea su forma.
- Reconozca que un gas se expande hasta ocupar todo el espacio que se le da, razón por la cual su volumen debe leerse a partir de lo que desplaza.
Manejo de instrumentos
- Monta el aparato de recolección de gas —soporte, pinza, bureta invertida, conector y cilindro de gas— en el orden correcto y manipula los sólidos densos con pinzas.
Lectura y grabación
- Elija la probeta graduada adecuada para el volumen que se está midiendo y use el gráfico de volumen frente a tiempo de la tableta para leer un resultado que cambia mientras se está recolectando.
Protocolo
PARTE 1: Medición del volumen de un líquido
- En la probeta graduada apropiada, vierta 70 mL de agua del grifo.
- Comprueba la base del menisco del cilindro graduado para confirmar el volumen.
PARTE 2: Medición del volumen de un sólido utilizando un recipiente de desbordamiento
Para medir el volumen de un sólido, podemos usar el desplazamiento de agua.
- Con agua del grifo, llena un jarrón hasta rebosar a su máxima capacidad antes de que se derrame (500 mL). Deja que el exceso de agua escurra en el fregadero.
- Coloque el vaso de rebosamiento en su posición inicial a la izquierda de la encimera, justo al lado de la probeta graduada de 25 ml (que se colocará debajo de la abertura de rebosamiento del vaso de rebosamiento).
- Coloca cinco trozos de plomo en el vaso de desbordamiento usando unas pinzas.
- Usando el desbordamiento del recipiente de desbordamiento y el menisco en la probeta graduada, determine el volumen del sólido.
PARTE 3: Medición del volumen de un gas
Para medir el volumen de un gas, podemos usar una bureta de gas.
- Llena un vaso de precipitado de 1 L con al menos 800 mL de agua del grifo.
- Coloca el vaso de precipitados de 1 L a la derecha del soporte.
- Coloque una pinza universal encima del centro del vaso de precipitados de 1 litro, para sostener la bureta de gas.
- Llena el vaso de precipitados con 250 ml de agua del grifo.
- Llena la bureta de gas hasta el borde con agua del vaso de precipitados de 250 ml, luego colócale un tapón de goma.
Modo de una mano: Fija una pinza universal al soporte a la derecha del fregadero y coloca la bureta de gas en ella para llenarla hasta el borde, luego inserta un tapón de goma.
- Fija la bureta de gas a la pinza universal boca abajo, de modo que la abertura con el tapón quede cerca del fondo del vaso de precipitados de 1 L.
- Retire el tapón de goma (la punta de la bureta debe estar sumergida en el vaso de precipitados).
- Si el agua sale de la bureta, significa que no hay suficiente agua en el vaso de precipitados o que la bureta está demasiado alta. Repita los pasos 4 a 7.
- Coloque un conector de plástico de modo que su abertura en forma de J quede debajo de la abertura de la bureta de gas.
- Conecte el acoplamiento del cilindro de gas al conector de plástico azul.
- Pon en marcha el cronómetro.
- Abre la válvula del cilindro (toca con la punta del dedo).
- Deja que la bureta de gas se llene hasta la mitad con gas.
- Cierra la llave de paso del gas y lee el volumen en la bureta de gas.
- Detener el cronómetro.
- Los resultados también se muestran en forma gráfica en la pestaña Resultados, en Volumen frente a Tiempo.
Resultados esperados
Esta es una sesión práctica: su resultado es la soltura con la probeta graduada, el vaso de desbordamiento y la bureta de gas, más que una hipótesis comprobada. Cada parte aún tiene una lectura esperada definitiva. En la Parte 1, la probeta debe mostrar 70 ml en la base del menisco. En la Parte 2, una pieza de plomo pesa 34,04 g, por lo que las cinco piezas juntas pesan 170,2 g; la densidad del plomo es 11,34 g/ml, y 170,2 g ÷ 11,34 g/ml da un volumen de 15 ml, que es exactamente lo que el vaso de desbordamiento debe verter en la probeta graduada de 25 ml. El método de desplazamiento da así la misma respuesta que el cálculo de densidad, y ver que esas dos rutas coinciden es el objetivo del ejercicio. En la Parte 3, el gas es aire; se permite que la válvula se llene aproximadamente hasta la mitad antes de cerrarla, y el volumen leído en sus graduaciones debe coincidir con el valor final de la gráfica de Volumen frente al Tiempo de la pastilla. El volumen recolectado sobre agua sobreestima ligeramente el gas seco, ya que el aire atrapado está saturado con vapor de agua, un refinamiento que se aborda en los laboratorios de gases (053 al 057).
Resumen de la asignación por rango de calificación
Grados 9–10
Enfoque: técnica correcta en las tres mediciones. Los estudiantes leen el menisco a la altura de los ojos, realizan la medición por desbordamiento sin perder agua y ensamblan la bureta de gas con orientación. Pueden explicar con sus propias palabras por qué el desplazamiento mide el volumen y por qué la bureta debe empezar completamente llena de agua.
Undécimo grado
Enfoque: el control cruzado cuantitativo. Los estudiantes predicen el volumen desplazado a partir de la densidad antes de realizar la Parte 2 (170,2 g de plomo a 11,34 g/mL deben desplazar 15 mL), luego lo verifican por desbordamiento y explican cualquier diferencia (gotas adheridas al recipiente, la precisión de lectura del cilindro). En la Parte 3 leen el volumen recolectado y relacionan la gráfica de volumen frente a tiempo con el caudal mientras la válvula estuvo abierta.
12.º curso / Nivel universitario
Enfoque: lo que asume cada método. Los estudiantes distinguen el desplazamiento de la flotabilidad —la medición funciona porque el plomo se hunde por completo y fallaría con un sólido flotante— y analizan críticamente la recolección de gas: el aire atrapado está saturado con vapor de agua y se encuentra a una presión determinada por los niveles de agua, por lo que la lectura de la bureta sobreestima ligeramente el gas seco a presión atmosférica. Conectan esto con las leyes de los gases y con el motivo por el cual los volúmenes de los gases solo son comparables a una temperatura y presión determinadas.
Esenciales de laboratorio
Instrumentos
- Vasos de precipitados (1000 mL, 250 mL)
- bureta de gas
- Conector de gas
- Cilindro de gas (aire)
- Probetas graduadas (10 mL, 25 mL, 70 mL, 250 mL)
- Soporte y pinzas de laboratorio
- Vaso de expansión
- Pinzas
- Cronómetro
- Tapón de goma
Productos
- Piezas de plomo
- Agua del grifo