02 - Fundamentos teoricos - LA Balanza PDF

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Fundamentos teóricos de las prácticas de química (2)...

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BALANZA Introducción Una de las primeras operaciones que se realizan en un laboratorio, es la de pesar una sustancia para determinar su masa. Esta operación tiene una importancia primordial. De que se realice bien o mal va a depender por ejemplo: que una disolución tenga la concentración adecuada, que un análisis resulte positivo o que el rendimiento de una reacción sea el correcto y deseable. De ahí que el objeto de este Anexo sea, además de recordar el fundamento teórico de la balanza y los requisitos que debe reunir una buena balanza analítica, enseñar a pesar correctamente.

Concepto de masa y peso La masa de un cuerpo es una medida de la cantidad de materia que contiene. Su valor es invariable. El peso es una medida de la fuerza con que el cuerpo es atraído por la tierra. Dado que la fuerza de la gravedad varía con la altitud y latitud terrestres, su valor también variará.

Para pesar un cuerpo se utiliza la balanza. Con ella se compara la masa desconocida del cuerpo que se pesa con la masa conocida de una serie de pesas. Fíjese bien, que cuando se habla de «pesar un cuerpo» lo que realmente se determina es su masa, debido a que la fuerza que la gravedad ejerce sobre el cuerpo y las pesas es la misma. De ahí que sea permisible emplear el término peso por el de masa.

Balanza: clases, descripción y requisitos Clases de balanzas Las pesadas que se llevan a cabo en un laboratorio no siempre se realizan con la misma atención y cuidado. Hay distintos tipos de balanzas, y el uso de una u otra dependerá de la magnitud del peso a medir. Generalmente la precisión de una balanza está relacionada con su capacidad, por lo que de una balanza diseñada para pesar kilogramos no se podrá esperar mucha precisión si se quieren reproducir pesadas de décimas de miligramo. En el siguiente cuadro se da una clasificación de balanzas con diferente capacidad y la precisión que con ellas se puede alcanzar.

Descripción Aunque actualmente la balanza monoplato (Fig. Cl) por su comodidad y rapidez ha desplazado en los laboratorios a la balanza analítica de brazos iguales (Fig. C.2), el valor histórico de ésta y su presencia todavía en algunos laboratorios justifica una descripción de ella. Balanza analítica de brazos iguales: fundamento Básicamente esta balanza es una palanca de primer orden. Recuerde que las palancas de primer orden tienen el punto de apoyo entre los puntos donde se aplican las dos fuerzas. Cuando la palanca o la balanza estén en equilibrio se cumplirá el principio de los momentos, que dice así: Potencia x Brazo de potencia = Resistencia x Brazo de resistencia. Esquemáticamente, esta balanza consta de las siguientes partes:

Cruz: construida con aleaciones ligeras y graduadas en sus dos brazos o al menos en el derecho, por donde se puede desplazar una horquilla de aluminio llamada «reiter» y que se emplea para medir masas menores de 10 mg. Cuchillas: una central que soporta la cruz, y dos en los extremos de los brazos que soportan los estribos en los que van colgados los platillos. Son de ágata y descasan sobre una superficie también de ágata. Platillos: en los que se colocan la sustancia a pesar y las pesas. Fiel o aguja: va fijo al punto medio de la cruz. Con él se miden las desviaciones sobre una escala que hay en la parte inferior de la cruz. Tornillos: que permiten la puesta en marcha y equilibrado de la balanza. Se colocan en la parte externa de una caja de madera y vidrio en la que está metida la balanza a fin de protegerla del polvo y vapores del laboratorio, y de corrientes de aire, cuando se efectúe una pesada. —

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Balanza de un solo plato: descripción La balanza monoplato tiene el platillo y las pesas suspendidas en el mismo extremo de la cruz (Fig. C.4). Su peso está compensado en el extremo opuesto. Para frenar las oscilaciones tiene un dispositivo de amortiguación por aire o magnético, mediante el cual el fiel se detiene en un intervalo pequeño de tiempo. Las pesas desde 0,1 a 100 g se accionan por medio de unos mandos que tiene la balanza en la parte externa de la caja. Encima de los mandos suele estar un contador que marca los pesos desde 0,1 a 99,9 g. Además, tiene incorporada una pantalla de vidrio con la escala de un nonius grabada, sobre la que se proyecta la escala óptica para indicar los pesos hasta 0,0001 ó 0,00001 g. El ajuste inicial del cero se efectúa accionando un mando mediante el cual el trazo del cero se hace coincidir exactamente con el centro de la escala. Por último, lleva otros dos tornillos con los que se accionan, respectivamente, un peso desplazable para verificar el ajuste de la sensibilidad y un nivel para comprobar su horizontalidad.

Requisitos de una balanza Una buena balanza analítica debe reunir las siguientes condiciones: • Precisión: debe dar resultados iguales cuando se repita varias veces la misma pesada.

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Sensibilidad: debe acusar diferencias de peso muy pequeñas con cualquiera de las cargas admisibles. Estabilidad: la cruz, después de oscilar libremente, debe recuperar su posición horizontal de equilibrio Rapidez: debe tener un período de oscilación corto. Exactitud: debe tener concordancia entre la medida realizada y el valor verdadero.

Normas para el uso y cuidado de la balanza La balanza se manejará cuidadosa y conscientemente, de acuerdo con unas normas que se han de tener muy presentes sobre todo al iniciarse en su manejo, ya que una vez adquirido el hábito de operar correctamente, se ahorrará mucho tiempo y no pocos sinsabores que puede causar el empleo de técnicas defectuosas en la actividad experimental que lleve a cabo. Estas normas son: • La balanza se colocará sobre una mesa que no vibre, y a ser posible aislada del resto del laboratorio para evitar su deterioro por la acción sobre ella de gases o vapores corrosivos, y alejada de corrientes de aire y de los rayos solares. • Antes de utilizarla hay que comprobar, mediante el nivel, que está perfectamente horizontal. • Cuando no se utilice estará siempre en posición de reposo, con la cruz y el o los brazos descansando sobre sus respectivos soportes, y con las puertas cerradas. • Los platillos y demás partes de la balanza se conservarán perfectamente limpios, usando si es necesario un pincel suave. • Siempre que se termine una pesada, se desocupará la balanza y se situará en la posición de reposo. • Se debe disparar lentamente, evitando movimientos bruscos. • Los objetos o sustancias a pesar estarán siempre a la temperatura ambiente, ya que las corrientes de convección producidas en el interior de la caja modificarán la masa del objeto o sustancia a medir, dando resultados erróneos. • Nunca se colocarán sustancias directamente sobre el platillo. Si son sólidos, se pesarán sobre vidrios de reloj, pesasustancias, crisoles o pequeños vasos de precipitados. Si son líquidos que desprenden vapores corrosivos, o sólidos volátiles, se pesarán en recipientes herméticamente cerrados. • Dentro de la caja en que está metida la balanza será conveniente colocar una sustancia que absorba la humedad para evitar tanto su deterioro como que se cometa un error en la pesada por una posible captación de humedad de la sustancia a pesar. • Siempre que sea posible, los objetos que se pesan se manejarán por medio de pinzas. Si por su forma fuese necesario manejarlos con los dedos, éstos deberán estar perfectamente secos. • Si la balanza que se utiliza requiere la utilización manual de pesas, éstas siempre se cogerán con pinzas para evitar el aporte de humedad y grasa a las mismas.

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No debe sobrecargarse la balanza con pesos superiores a 100 g para evitar deformación. Si son varios los que utilizan una misma balanza, cada uno de ellos debe procurar dejarla en las mejores condiciones posibles. Por último, la caja de pesas se deberá guardar siempre en lugar seguro, al abrigo de polvo y vapores.

Métodos de pesada Existen dos formas de pesar: pesada directa, en la que a su vez se emplean varios métodos (como el de las oscilaciones, el de simple desviación, el de sustitución, etc.) y pesada por diferencia. La forma que más se usa es la pesada por diferencia. En ella se pesa primero el recipiente (pesa-filtros, vidrio de reloj, etc.) vacío y a continuación se pesa con la sustancia dentro. Por diferencia entre ambas pesadas se saca el peso de la sustancia.

Pesada de un objeto con la balanza monoplato Antes de iniciar la operación de pesar se comprobará la horizontalidad y posición del cero, accionando si es necesario los mandos correspondientes. A continuación, y con la cruz bloqueada, se colocará el objeto (crisol, vidrio de reloj, etc.) en el centro del platillo para evitar vibraciones y se inicia la pesada del modo siguiente: Gire el mando de la cruz hacia la derecha para dejarla en libertad parcial; accionando el mando de pesas añada una de peso mayor que el del objeto, hasta observar que la escala de proyección cambia de dirección respecto al cero. En ese momento, mueva el mando hacia la izquierda para colocar una pesa menor. Por ejemplo, si se estima que el objeto pesa unos 15 g tendrá que girar hacia la derecha el mando de las decenas para añadir 10 g (observar la escala) y después pasarlo a la posición 20 g; si ahora la escala cambia de dirección, vuelva a la posición 10 g. A continuación, accione el control de los pesos más bajos (1, 2, 3, etc.) hasta que la escala nuevamente cambie de dirección. En ese momento, retroceda una posición. Cuando haya utilizado la pesa menor que se pueda manejar con los mandos, gire hacia la izquierda el mando de la cruz hasta el tope (libertad total). Si el índice de la escala no queda exactamente en un trazo de la misma, mueva el mando de la escala micrométrica hasta que el trazo inmediatamente inferior de la graduación en la escala óptica coincida con el centro. El peso del objeto es la suma de los pesos indicados en los mandos de pesas y los que aparecen en la escala de proyección y micrométrica. Anote el peso con aproximación de 0,1 mg; bloquee la cruz, ponga en cero los mandos de control de pesas, retire el objeto cuidando no manchar la balanza y cierre la caja. PRECAUCIÓN: Los mandos de control de pesas se deben mover lentamente de unidad en unidad; nunca se deben girar rápidamente; ello podría dejar las pesas en posición incorrecta en la cruz....