2. Medidas De Peso , Volumen Y Temperatura.docx

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MEDIDAS DE MASA, VOLUMEN Y TEMPERATURA

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Autor (es) Colectivo de Docentes de Química – Facultad de Ingenierías.

1. Generalidades Unas de las tareas más frecuentes en el quehacer experimental de cualquier disciplina científica es la medición. La química no es la excepción y, en los datos, además del valor de la medición, es importante, por tanto, aprender a usar con propiedad estas medidas observando con precisión, fuentes de error.(Brown, Lemay, & Bursten, 2009) Se determinan métodos volumétricos aquellos en que el análisis se determina con medición del volumen de una solución de un reactivo de concentración conocida, necesarios para reaccionar cuantitativamente con las sustancias a determinar. Para realizar bien estos análisis, necesariamente hay que saber medir con los aparatos volumétricos.(Society, 2007) Para medidas precisas se dispone en el laboratorio de pipetas, buretas y matraces aforados. Generalmente, las pipetas y las buretas están ideadas para verter volúmenes determinados, mientras que los matraces aforados lo están para contener los volúmenes que indican.(Corrales, 2007)

2. Objetivo de la práctica 2.1

Objetivo general

Analizar a partir de la interpretación matemática las diferentes teorías y modelos teniendo en cuenta las propiedades que explican el comportamiento de los elementos y su incidencia en la formación de los enlaces químicos, los cuales son los responsables de las características de las sustancias químicas

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2.2

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Objetivos específicos



Establecer uso adecuado del material de laboratorio.



Adquirir conocimiento, habilidades y destreza en la técnica básica de laboratorio tales como mediciones de volumen y técnicas de pesadas.



Comparar medidas de volumen entre material de vidrio aforado y graduado.



Diferenciar de una pesada hecha con balanza analítica de otra realizada con balanza.



Efectuar mediciones con números adecuados de cifras.



Manejar datos con incertidumbre

3. Marco teórico Las mediciones científicas se encuentran asociadas con los conceptos de precisión y exactitud. La precisión se refiere a la congruencia, entre si, de los valores de varias mediciones de un mismo evento o fenómeno y se expresa en término de la desviación estándar o coeficiente de variación. (Chang, 2010)

Donde, σ.: desviación estándar C.V.: coeficiente de variación n : Número de datos : promedio de las medidas

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Xi : Valores medidos La exactitud alude a la congruencia entre el valor promedio de las medida obtenidas o valores experimentales (Ve), y el valor aceptado en calidad de verdadero o real (Vr), en fuentes bibliográficas o por conocimientos previos. La exactitud de un resultado se expresa en término del porcentaje de error relativo y/o absoluto.(Chang, 2010)

% Err.: porcentaje de error relativo

% Era : porcentaje de error absoluto

Estos dos términos a menudo se confunden y por eso es importante diferenciarlos. Una medida puede ser precisa y al mismo tiempo inexacta. En la figura 1.a la exactitud y la precisión son buenas; en cambio, en la figura 1b hay buena precisión y poca exactitud. Lo ideal es que toda medida sea precisa y exacta al mismo tiempo.

(a) Exactitud y precisión

(b) Poca exactitud y Buena precisión Fuente: http://www.caletec.com Figura 1.Exactitud y precisión.

En química, las mediciones más frecuentes son:

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Lasmediciones de la masa, las mediciones del volumen, las mediciones de la longitud, las mediciones del tiempo y las de temperatura Tabla 1. Unidades para las mediciones más frecuente Aspectos Medidos Masa

Unidad Kilogramo

Símbolo Kg

Volumen

Metro cubico

m3

Longitud

Metro

m

Tiempo

segundo

s

Kelvin

Kelvin

k

Fuente: Propia

Sin embargo en la práctica, se utiliza el gramo para expresar la masa, y el litro y el mililitro como unidades del volumen. Tabla 1 La medición de la masa: En el laboratorio de química existen diferentes balanzas que pueden ser utilizadas en las mediciones de masa: la granataria, la digital y la analítica. EI uso de una u otra dependerá de qué quieras medir y con qué precisión. Figura 2.

(a)

(b)

(c)

Fuente: Propia

Figura 2. Balanzas para la medición de masas. (a) Balanza Granataria. (b) Balanza Analítica y (c) Balanza Digital

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La medición de volumen: Entre el material que se usa para medir volúmenes de líquidos se encuentran las probetas, las buretas y las pipetas. Escoger entre una u otra dependerá del volumen que necesitas medir, así como de la precisión deseada. En aquellos recipientes de cuello estrecho (pipeta, bureta, matraz aforados, etc), se forma un menisco que es la superficie cóncava o convexa que separa a la fase liquida de la fase gaseosa. Las fuerzas de adsorción entre la superficie del vidrio y la disolución provocan la curvatura del menisco. La lectura del volumen a de realizarse de tal modo que los ojos estén en un plano tangente al menisco. Figura 3.

Fuente:http://www.juntadeandalucia.es/

Figura 3.Lectura correcta del volumen La medición de la longitud: Por lo general, se utilizan una regla o un metro para determinar la longitud, pero, en el caso de resultados que requieran incertidumbre muy bajas, se puede utilizar un vernier o pie de rey, que permite llevar a cabo medidas con un incertidumbre de ±0.05 mm. Figura 4.

Fuente:http://www.pce-iberica.es/

Figura 4. Vernier o pie de Rey

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La medición del tiempo: Los dispositivos para medir el tiempo son muy precisos y sus incertidumbres, en algunos casos, llegan a ser de decimas o centésimas de segundo. En estas ocasiones, la mayor incertidumbre la introduce el tiempo de reacción del operador, que siempre supera las cuatro décimas y se convierte en el factor limitante de la certeza con la que se conoce la medición. El tiempo de reacción promedio del ser humano es de 0.19 s Figura 5

Fuente: http://www.educando.edu.do/

Figura 5.Cronometro

La medición de la Temperatura: La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de “caliente” o “frio”. Por lo general, un objeto más caliente que otro puede considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es frio, se considera que tiene menor temperatura. Los instrumentos más comunes para medir esta magnitud se observan en la figura 6.

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Fuente: http://www.pce-iberica.es/

Figura 6. Termómetros. a) análogos b) Infrarojo . Cifras Significativas Siempre que se reporte el resultado de una medición se debe hacer solo con un determinado número de dígitos que indiquen la precisión con que se hizo la medida. Por ejemplo, los números 21.3 y 21.341 correspondes al peso de una sustancia medido en dos balanzas diferentes. Según los números, el primer resultado se obtuvo con una precisión de ± 0.1 g y el segundo, con una precisión de ± 0.001 g. En este caso, el último dígito (3 en 21.3 y 1 en 21.341) es una cifra estimada por el observador y puede variar según su punto de vista. Las cifras significativas de un número son las que se leen con certeza en un instrumento de medida, más una que se lee por aproximación. De acuerdo a lo anterior, el primer resultado (21.3) está expresado con tres cifras significativas, es decir el 2 y el 1 se conocen con certeza; pero existe incertidumbre con el 3 ( esta valor es estimado por el observador y no depende del equipo). El número de cifras significativas del en el segundo resultado (21.341) es de cinco, en donde los números 2, 1, 3, y 4 se conocen con certeza, presentándose incertidumbre en el último dígito, el 1. (Brown, Lemay, & Bursten, 2009)

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Reglas para determinar el número de cifras significativas En el trabajo científico siempre debe tenerse el cuidado de anotar el número adecuado de cifras significativas. En general es muy fácil determinar cuántas cifras significativas hay en un número si se siguen las siguientes reglas:   

 

Cualquier digito diferente de cero es significativo. Ej: 845 cm. Tiene tres cifras significativas. Los ceros ubicados entre dígitos distintos de cero son significativos: 405 Kg. Tiene tres cifras significativas. Los ceros a la izquierda del primer dígito diferente de cero no es significativo. Estos ceros se utilizan para indicar el lugar del punto decimal. 0.00034 kg. Tiene dos cifras significativas. Si un número es mayor que 1, todos los ceros a la derecha del punto decimal son cifras significativos. 3.040 m. tiene cuatro cifras significativas. Para números que no tienen punto decimal, los ceros ubicados después del último digito distinto de cero pueden ser o no cifras significativas. Así, 400. puede tener una, dos o tres cifras significativas. Sin embargo utilizando la notación científica se evita esa ambigüedad. Puede expresarse como:

4 X 102 para una cifra decimal, 4.0 X 102 para dos cifras significativas, o 4.00 X 102 para tres cifras significativas.En la adición y sustracción, la respuesta no puede tener más cifras significativas a la derecha del punto decimal que cualquiera de los números originales. Ej.:

89.332 +1.1 = 2.097 - 0.12 =

90.432

Se redondea a 90.4

1.977 -> Se redondea 1.98

Nota: Cuando se redondear un número se eliminan los dígitos que siguen a los que se conservan teniendo en cuenta que si el número que se elimina es mayor o igual a cinco, el último digito se aproxima al siguiente digito. Ej. Si el número es 1.977 y se va expresar con dos cifras decimales, la respuesta es 1.98.(Petrucci, Harwood, & Herring, 2003)

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

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En la multiplicación y división, el número de cifras significativas del producto o el cociente resultante, estará determinado por el número original que tiene menor número de cifras significativas. Ej: 2.8 x 4.5039 = 12.61092 -> se redondea a 13

6.85 ÷

112.04 = 0.0611388789

se redondea a 0.0611

4. Metodología 5.1 Materiales, equipos y/ o reactivos (1)Buretas de 25 mL (1)Probetas de 25mL (1) Probetas de 50mL (1) Beaker de 100 mL (1)Probetas de 100 mL (1) Pipetas graduadas de 5 mL (1) Pipetas graduadas10 mL (2) Balón aforado de 100 mL (1) Erlenmeyer de 100 y 250 mL (1) Balanza analítica (1) Balanza granataria (1) Termómetroanalogo 50 mLSolución de yodo 10 mLSolución de tiosulfato de sodio (1) Estufa 200mLAgua (3) Cubos de Madera (3) Cubos de Hierro (1) Pipeta aforada de 5 mL (1)Pipetas aforada de 10mL 50 mL de Permanganato de Sodio

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4.2 Procedimiento Parte I. Medidas de Volumen 1. Colocar 10 mL de solución de Yodo en una probeta de 50 mL. Añadir desde una bureta gota a gota la solución de tiosulfato de sodio hasta que la solución de Yodo se decolore. Observe cuánto se gasto de la solución de la bureta y cuánto líquido hay en la probeta al decolorarse la solución de Yodo. Coincide los mL gastados de bureta con los aumentados en la probeta?

2. Medir 25 mL de agua con una pipeta aforada de 5 mL y agregarlos a una probeta de 50 mL, ¿Concuerda la medida de la pipeta con la marca de 25 mL de la probeta?. Si tomamos el volumen de la pipeta como valor real Cuál es el error absoluto si existe? Cuál es el error relativo?

3. Revisar el menisco que existe en dos balones de 100 mL cuando se llenan con:  Agua  Solución de permanganato 4. 100 mL de agua en una probeta y deposítelo en un balón de 100 mL, concuerdan los volúmenes medios en ambos recipientes? Analice su resultado. 5. En un Beakear de 100 mL colocar 40 mL de agua a temperatura (medir y anotar), luego añade 40 mL de agua que ha sido calentada a 60 ºC. Determine la temperatura en grados Celsius y Fahrenheit. 6. Medir una pequeña alícuota de solución de Yodo con una pipeta aforada, colocar este volumen en balón aforado de 100 mL y diluya hasta el aforo con agua destilada. Qué sucede con el color de la solución de Yodo y por qué? 7. Determine a cuantas gotas equivale 5mL de agua medidos en una pipeta de 5 mL aforada y graduada. Y sí la pipeta es de 10 mL da igual resultado?

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Parte II . Medidas de Masas 1. Mida las masas de un beaker de 250 mL . Mb, de una probeta de 50 mL, Mp50 y de una probeta de 100 mL , Mp100 2. Coloque un cubo de madera dentro del beaker que peso. Pese el beaker con el cubo, Mb+cm y determine, por diferencia, la masa del cubo de madera, M cm. Repita la medición, por empleo de un cubo de hierro ( averigüeMch) . 3. Determine la masa Magua, de 30 mL de agua, V agua, en la probeta de 100 mL que paso. Repita la determinación pero en la probeta de 50 mL. 4.3 Precauciones o riesgos de la práctica Si se derrama un reactivo o mezcla, limpiarlo inmediatamente. Si se produce un accidente avisar inmediatamente al profesor. Si alguna sustancia química salpica o cae en la piel, en los ojos, lavar inmediatamente con abundante agua y avisar al profesor. Evitar bromas y juegos en el laboratorio que puedan atentar contra su compañero y ocasione un accidente. 5. Condiciones para la realización de la práctica El laboratorio debe contar con una adecuada ventilación e iluminación para el desarrollo de la misma con una intensidad de 2 horas. 6. Situaciones problémicas CUESTIONARIO 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Qué es exactitud Cómo se calcula una incertidumbre relativa Qué se entiende por tiempo de reacción de un individuo Qué importancia tiene las incertidumbres en las medidas. Qué tipo de pipeta debe usarse en un análisis cuantitativo? Porque es inconveniente medir líquidos calientes con la pipeta, bureta y balón aforado?

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7. Cuál es la constitución química de los diferentes tipos de vidrios usados para la fabricación de los materiales del laboratorio? 8. Qué tipo de mantenimiento se le puede hacer a la bureta y porqué es necesario cebarla? 9. Por qué no es aconsejable pesar sustancias calientes y líquidos corrosivos en la balanza? 10. Al tomar las pesas con las manos que puede suceder? 7. Resultados y conclusiones de la práctica El estudiante debe presentar informe de laboratorio en el modelo sugerido. 8. Referencias bibliográficas Brown, T., Lemay, E., & Bursten, B. (2009). Química Ciencia central. Mexico: Prentice Hall. Chang, R. (2010). Química. Mexico: Mc Graw Hill. Corrales, F. (2007). Manual de experimentos de laboratorio para química I y II. Costa Rica: Universidad Estatal a Distancia de San José. Petrucci, R., Harwood, W., & Herring, G. (2003). Química General. Madrid: Prentice Hall. Society, A. C. (2007). Química un proyecto de la ACS. Barcelona: Reverte. 10. CONTROL DE CAMBIOS Versión del documento anterior

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