Práctica No. 3 Densidad

UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

Práctica Práctica N° 3: Densidad Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades Unidades

Guías Guías de d e Práct Práctic icas as de Laboratorio

Identificación: GL-AA-F-1 Número de Páginas:

Revisi Revisi ón No.: 1

23

Fecha Emisión: 2011/08/31 Laboratorio de: Química General para Ingeniería Título Título de la Práctic Práctic a de Laboratorio Labor atorio : Práctica N° 3: Densidad de Líquidos y Sólidos y Conversión de Unidades

Elaborado Elaborado por:

Gema Acosta, M. Sc.

Revisado Revisado por:

Comité asesor Departamento de Química

Apro Ap robad bado o por p or:: Comité asesor Departamento de Química

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UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

Práctica Práctica N° 3: Densidad Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades Unidades Control d e Cambios Cambios Razones Razones del Cambi o

Cambio a la Revisión #

Fecha Fecha de emisió n


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UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades 1. FACULTAD O UNIDAD ACADÉMICA: Facultad de Ciencias Básicas y Aplicadas 2. PROGRAMA: Ingeniería Civil, Ingeniería Mecatrónica, Ingeniería Industrial, Ingeniería de Multimedia e Ingeniería de Telecomunicaciones

3. ASIGNATURA: Química General 4. SEMESTRE: II 5. OBJETIVOS: 5.1. OBJETIVO GENERAL Determinar densidades de sustancias líquidas y sólidas expresando sus magnitudes en diferentes unidades de medida.

5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Determinar la densidad absoluta de líquidos (agua, etanol y una muestra problema) por el método del picnómetro y de la pipeta. Determinar la densidad absoluta de sólidos: esfera, cilindro y cubo hechos de cobre, hierro y aluminio por el método geométrico y utilizando el principio de Arquímedes. Hallar el porcentaje de error de cada uno de los métodos utilizados basándose en los valores de densidad reportados en la literatura científica. Evaluar según parámetros estadísticos básicos el mejor método para determinar la densidad de líquidos y sólidos en el laboratorio de química. Hallar la densidad relativa de cada una de las sustancias líquidas y sólidas de estudio. Realizar conversiones de unidades con los resultados obtenidos. Identificar y usar los implementos de seguridad en el laboratorio que permitan desarrollar la práctica de manera segura.









  

6. COMPETENCIAS A DESARROLLAR: 







Determina la densidad absoluta y relativa de sólidos empleando dos métodos: principio de Arquímedes y geométrico, determinando su respectivo error. Evalúa los métodos para determinar densidad de sólidos en el laboratorio, estableciendo el mejor basándose en el análisis estadístico básico. Determina la densidad absoluta y relativa de líquidos, por dos métodos diferentes: picnómetro y pipeta, determinando su r espectivo error. Realiza adecuadamente conversiones de unidades con los resultados obtenidos empleando el método del factor de conversión y expresa los resultados usando las convenciones adecuadas para cada magnitud física medida.


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades 7. MARCO TEÓRICO: Materia

se define como aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el

espacio. Masa es la cantidad de materia de una muestra en particular, es constante y no cambia, no importa el sitio en que se mida. Peso de un cuerpo es la fuerza gravitacional de atracción entre la masa del cuerpo y la masa del planeta en el cual éste es pesado. Así, el peso de un cuerpo varía, dependiendo de d onde sea pesado, mientras que la masa no.

Densidad Absoluta (ρ Abs ol uta )

La densidad de una sustancia es la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de sustancia , es la relación entre la masa y el volumen de una sustancia: ρ Densidad Absoluta =

m masa v volumen

=

Fig 1 Balanza analítica, para determinación de masa de las sustancias.

g mL

La densidad de los sólidos y los líquidos se expresa comúnmente en gramos por mililitro (g/mL) o gramos por centímetro cúbico (g/cc) y la de los gases en gramos por litro (g/L). Las densidades de las sustancias dependen de la temperatura; por ejemplo, la densidad del agua a 19°C es 0.99843 mientras que a 4°C es 1.00000 g/mL, a esta temperatura el agua tiene su máxima densidad.

Densidad Relativa (ρ Relativa)

Fig 2 Picnómetro para la Cuando la densidad de una sustancia se refiere o compara con otra, se determinación de densidad llama densidad relativa. Para los sólido s y líquidos el patrón es el agua de líquidos y para los gases el aire. La densidad relativa es también una relación de masas o de pesos para los mismos volúmenes y no tiene unidades . Por lo tanto, es la misma en cualquier sistema de unidades.

ρ (Relativa ) =

ρAbsoluta sustancia ρ Patrón a T° trabajo

Peso Específico ( ): El peso específico se define como la relación del peso de la sustancia a su volumen , con respecto al peso de una sustancia patrón c on respecto a su volum en .


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades (Peso específico ) =

W V

Si este peso específico se com para con el de otro c uerpo , se llama peso específico relativo y viene a ser igual a la relación entre su peso y el de un volumen igual de patrón. r (Peso específico relativo ) =

Ws Wp

Puesto que esto se determina en el mismo lugar, esta relación es exactamente igual al de sus masas correspondientes, es decir, igual a la densidad relativa, dr.

Métodos para determinar la densidad Las mediciones del peso específico o de la densidad relativa se realizan por diversos métodos, siendo el del picnómetro el que más se usa para los líquidos. En la industria, se utilizan los densímetros o areómetros. Para los sólidos cuando no se requiere una gran precisión, se recurre a su inmersión, en líquidos en donde son insolubles. Otro método, más preciso es mediante la aplicación del principio de Arquímedes: La

pérdida aparente de peso de un cuerpo, cuando se sumerge en un líquido, es debida al empuje, o fuerza contraria a la gravedad, que ejerce el agua sobre el cuerpo . En este caso, el peso de agua

Fig 3 Determinación de volumen, método de la probeta.

desalojada es numéricamente igual a la p érdida aparente de peso w, que experimenta el cuerpo al ser sumergido. Por lo tanto, el peso específico o densidad relativa viene a ser dado por la relación: Peso específico =

Ws W

=

Ws Ws -Wa

=

Peso cuerpo en el aire Empuje o pérdida de peso

Ws = Peso del cuerpo suspendido en el aire Wa = Peso del cuerpo sumergido en el agua. El principio de Arquímedes también expresa que: El volumen de un sólido regular o irregular al ser sumergido en agua, es igual, al volumen de agua desplazado por el sólido.

Cálculo Geométrico del Volumen 

Volumen de la Esfera:



Volumen del Cilindro:

, donde r representa el radio de la esfera. , donde r representa el radio de la circunferencia y h

representa la altura del cilindro. Página 5 de 23 El uso no autorizado de su contenido así como reproducción total o parcial por cualquier persona o entidad, estará en contra de los derechos de autor

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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades Cálculo del Error de la medició n como patrón estadístico de la comparación En todas las mediciones que se realicen a nivel experimental, siempre se corre el riesgo de cometer errores. Un error experimental es una desviación del valor medido con respecto al valor real. Los errores dependen del procedimiento elegido, de la tecnología empleada y de la habilidad del experimentador. Para hallar numéricamente el valor del error, en porcentaje se emplea la siguiente ecuación: % Error =

|Valor Teórico-Valor Experimental |

Valor Teórico

× 100

Hay que aplicar siempre el valor absoluto en el numerador , es importante recordar que el error es siempre un valor positivo

Fig 4 Elementos empleados para determinación de volumen de sólidos regulares: Calibrador o nonio, probetas.

8. MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS, SOFTWARE, HARDWARE O EQUIPOS: 8.1. Materiales, Reacti vos y Equipos MATERIALES       

1 Picnómetro pequeño 1 Pipeta aforada de 5 mL 1 Pipeteador 1 Probeta de 100 mL 1 Erlenmeyer de 25 mL con tapa. 1 Vidrio de reloj 1 Calibrador o Pie de Rey

REACTIVOS Y EQUIPOS Agua destilada  Agua Potable  Líquido problema Etanol  Sólidos insolubles en agua.  Balanza.  


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades 8.2. Implementos de Protecci ón Personal    

Bata de laboratorio Gafas de seguridad Guantes de nitrilo Tapa bocas

9. PRECAUCIONES CON LOS MATERIALES, REACTIVOS, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS UTILIZAR : 9.1. Descri pción y Precauciones con los reactivos por u tili zar y/o pr imeros auxilios Antes de realizar la práctica consulte información solicitada acerca de los reactivos químicos con los que desarrollará la práctica:

Nombre

Fórmula y Descripción

Precauciones (R) y (S)

Primeros Auxili os

Pictogramas

Agua

Etanol

Registre las Referencias bibliográficas empleadas: _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ ___________________________________________________ _________________________

10. CAMPO DE APLICACIÓN: Química 11. PROCEDIMIENTO, MÉTODO O ACTIVIDADES: 11.1. Determi nación de densidad de líquidos Líquidos de estudio agua destilada, etanol, y una muestra Problema. Al finalizar las determinaciones debe escoger cuál es el mejor método para hallar la densidad de Líquidos en el Laboratorio de Química de la UMNG.


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades 11.1.1. Método del Picnóm etro Hallar, la masa del picnómetro en balanza digital; debe estar vacío, limpio y seco.

Devolver el líquido al recipiente original.

Calcular, por diferencia, la masa del líquido de estudio.

Purgar el picnómetro: tomar pequeña cantidad del líquido de estudio, (1 mL) adicionar al picnómetro tapar y agitar.

Rápidamente secar picnómetro por fuera y determinar masa en balanza analítica. Calcular la densidad absoluta y densidad relativa a temperatura del laboratorio de Química

Desechar el líquido de la purga en recipiente para residuos. Hacer proceso 2 veces

Llenar con el líquido de estudio el picnómetro hasta el borde, dejar caer suavemente la tapa.

Hallar % de Error

UMNG Repetir el procedimiento con cada líquido de estudio.


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades 11.1.2. Método de la Pipeta Lavar y secar perfectamente Erlenmeyer + tapón

Hallar, la masa del Erlenmeyer + tapón en balanza digital; debe estar vacío, limpio y seco.

Adicionar 5,0 mL de líquido de estudio con pipeta, Previamente purgada

Calcular la densidad absoluta y densidad relativa a T° del laboratorio de Química

Calcular, por diferencia, la masa del líquido de estudio.

Rápidamente tapar y determinar la masa en balanza analítica

UMNG

Hallar el % de error

11.2.

Repetir el procedimiento con cada líquido de estudio.

Determi nación de Densidad de Sólidos

Sólidos de estudio esfera, cilindro y cubo. Al finalizar las determinaciones debe escoger cuál es el mejor método para hallar la densidad de Sólidos en el Laboratorio de Química de la UMNG.

11.2.1. Método Geométrico

Determinar con el calibrador las dimensiones del sólido de estudio

Repetir el procedimiento con cada sólido de estudio.

Emplear fórmula geométrica y hallar el Volumen del Sólido de Estudio

Hallar el porcentaje de error

Determinar con la balanza analítica la masa del sólido de estudio

Calcular la densidad absoluta y densidad relativa a T° del laboratorio de Química UMNG


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades 11.2.2. Método Princi pio de Arquímedes. Hallar masa del sólido de estudio en la balanza analítica. Usar vidrio de reloj

Hallar volumen del sólido de estudio Vs = Vf ,-Vi

Calcular la densidad absoluta y densidad relativa, del metal del que está hecho el sólido, a T° del laboratorio de uímica UMNG

Adicionar  20mL de agua potable a una probeta de 100 mL

Registrar el volumen exacto de agua, leer por debajo del menisco. (Vi)

Observar y registrar nuevo volumen (Vf ), leer por debajo del menisco.

Hallar el porcentaje de error

Dejar caer cuidadosamente el sólido de estudio dentro de la probeta. Evitar salpicaduras Repetir el procedimiento con cada sólido de estudio.

12. RESULTADOS ESPERADOS El estudiante debe aprender a calcular la densidad de líquidos y sólidos, con el menor porcentaje de error posible. También se espera que el estudiante aprenda a consultar los datos reportados de densidad de los compuestos en estado líquido empleados en la práctica, así como la densidad de los elementos en estado sólido. Adicionalmente es muy importante que el estudiante pueda comparar los diferentes métodos y a partir de los resultados obtenidos pueda escoge r cuál es el más exacto.

13. CRITERIO DE EVALUACIÓN A LA PRESENTE PRÁCTICA Esta práctica se evaluará con la entrega del informe en el formato adjunto. Asimismo, el docente evaluará el preinforme correspondiente, realizado en el cuaderno de laboratorio, que debe incluir el procedimiento, un mapa conceptual del marco teórico, unas fichas de seguridad cortas, así como también los datos obtenidos de la práctica. El docente estará en libertad de realizar un quiz o evaluación corta antes de empezar la práctica, acerca del contenido de esta guía de laboratorio.


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades 14. BIBLIOGRAFÍA: 



 



Acosta Niño, G.E., 2010. Manual de Laboratorio de Química General, 2ª Edición, Universidad Militar Nueva Granada, Bogotá, 283 p Delgado Ortiz, S.E., Solís Trinta, L.N., Muñoz Solá, Y., 2012. Laboratorio de Química General, McGraw-Hill, México, 380 p. Chang, R., Goldsby, K.A., 2013. Química, 11ª Edición. McGraw-Hill, México, 1085 p. Whitten, K.W., Davis,R.E., Peck, M.L., Stanley, G.G. 2011. Química, 8ª Edición, Cengage Learning, México, 1176 p Brown, T.L., LeMay H.E., Bursten, B.E., Murphy C.J., Woodward P., 2009 Química la Ciencia Central, 11ª Edición, Pearson Education, México, 1240 p


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades INFORME N° 3 Nombres y Códigos __________________________________________________________ _______________________________________________Grupo de Laboratorio No:_______

1. TÍTULO ____________________________________________________________ __________ __________________________________________________________ ____________

2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo General ____________________________________________________________ __________ ____________________________________________________________ __________

2.2 Objetivos Específicos ____________________________________________________________ ___ ______________________________________________________ ________________ ______________________________________________________ ________________ ______________________________________________________ ________________ ___________________________________________________ ___________________

3. DATOS (Valor 1 pun to) 3.1 Densidad de líquidos Método

Medida

Agua

Etanol

Muestra problema

Masa Picnómetro vacío (g) o rt e m

Masa Picnómetro + sustancia (g) ó n ci P

Masa de la sustancia (g)


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades Método

Medida

Agua

Etanol

Muestra problema

Volumen de la sustancia (mL) Masa Erlenmeyer vació (g) Erlenmeyer + sustancia (g) at e pi P

Masa de la sustancia (g) Volumen de la sustancia (mL)

3.2 Densidad de sólidos Esfera Método

Cilindro

Cubo

Material Masa (g) Vi (mL)

s e d e mí

Vf (mL) u qr A

VSólido (cm3) Radio (cm) o ci

Altura (cm) rt é m o e G

Lado (cm) VSólido (cm3)


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades 3.3 Datos Adicionales (Investigación) Temperatura de trabajo (Laboratorio)

___________ °C

Densidad reportada del agua a la T de trabajo

___________ g/mL

Densidad reportada del etanol a la T de trabajo

___________ g/mL

Densidad de la muestra problema (Debe solicitarla)

___________ g/mL

Densidad reportada del cobre (Tabla Periódica)

___________ g/mL

Densidad reportada del aluminio (Tabla Periódica)

___________ g/mL

Densidad reportada del hierro (Tabla Periódica)

___________ g/mL

4. CÁLCULOS (Valor 2 punt os) 4.1. Densidad de líqui dos Realice el cálculo de la densidad absoluta de los líquidos (g/mL)



Método del Picnómetro

Método de la Pipeta

a u g A

l o n at E

a

a s

el

rt m e b u M

o r P


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades

Realice el cálculo de la densidad relativa de los líquidos, a la T° de trabajo





a u g A

l o n at E

a

a s

el

rt m e b u o r M P

4.2 Densidad de sól idos 

Realice el cálculo de la densidad absoluta de los sólidos g/cm3

Método del Geométrico

Método Principio de Arquímedes

a r ef s E

o r d ni li C

o b u C


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades 

Realice el cálculo de la densidad relativa de los sólidos a la temperatura de trabajo



ar ef s E

o r d ni li C

o b u C

4.3 Conversión de uni dades: 

Exprese la Densidad de los líquidos de Estudio en kg/m3



a u g A

l o n at E

a

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el

rt m e b u M

o r P


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades Exprese la densidad absoluta de los líquidos de estudio en mg/L



a u g A

l o n at E

a

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el

rt m e b u o r M P



Exprese la densidad absoluta de los líquidos de estudio en g/L



a u g A

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m

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ar e b

el s u M

o r P


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Exprese la densidad absoluta de los sólidos en kg/m3



a r ef s E

o r d ni li C

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

Exprese la densidad absoluta de los sólidos en mg/L



a r ef s E

or d ni li C

o b u C


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades Exprese la densidad absoluta de los sólidos en g/L





a r ef s E

o r d ni li C

o b u C

4.4 Cálculo del error: Halle el porcentaje de error de la densidad absoluta de los líquidos de estudio





a u g A

l o n at E

a

a s

el

rt m e b u M

o r P


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Halle el Porcentaje de Error de la Densidad Absoluta de los Sólidos de Estudio



a r ef s E

o r d ni li C

o b u C

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN (Valor 1 punto) 5.1. Tabla de resultados de determinación de la densidad de sustancias líquidas y sólidas

LÍQUIDOS

Método

ρabsoluta (g/mL)

ρrelativa

ρreportada

(g/mL)

Error (%)

Picnómetro Agua Pipeta Picnómetro Etanol Pipeta Picnómetro Problema Pipeta


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades S LIDOS (material)

Método

Esfera

Arquímedes

(

)

)

ρreportada

(g/ cm 3)

Error (%)

Geométrico

Geométrico Arquímedes

Cubo (

ρrelativa

Arquímedes

Cilindro (

ρabsoluta (g/cm 3)

)

Geométrico

5.2. Tabla de resultados de determinación de densidad de sustancias líquidas y sólidas + conversión a otras unidades. LÍQUIDOS

Método

ρabsoluta (kg/m 3)

ρabsoluta (mg/L)

ρabsoluta (g/L)

ρabsoluta (kg/m 3)

ρabsoluta (mg/L)

ρabsoluta (g/L)

Picnómetro Agua Pipeta Picnómetro Etanol Pipeta Picnómetro Problema Pipeta

SÓLIDOS (material)

Método Arquímedes

Esfera (

)

Arquímedes

Cilindro (

)

Geométrico Arquímedes

Cubo (

Geométrico

)

Geométrico


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades Análisis de resultados: _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ ___________________________________________________ _________________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ ___________________________________________________ _________________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________


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Práctica N° 3: Densidad de Líquido s y Sólidos y Conversión de Unidades 6. CONCLUSIONES (Valor 1 punto) _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ ___________________________________________________ _________________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________

7. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA (obli gatori o) _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________ _____________________________________________________ _______________________


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Práctica No. 3 Densidad

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