Informe de balanzas - Nota: 18 PDF

Preview

Summary

Con la realización de este informe se describir y dar desarrollo a la actividad de laboratorio número 4 correspondiente a caracterización de Ácidos y bases y mediciones de pH. A demás se busca facilitar el entendimiento y el fácil estudio y servir de apoyo a estudiantes que quieran realizar el mismo...

Description

Informe de práctica N° 2 Manejo de balanza y determinación de la densidad de los solidos

Química General

Índice Introducción………………………………………………………………….…3 Objetivos……………………………………………………………………….…3 Resumen………………………………………………………………………….4 Metodología……………………………………………………….……………4 Fotografías de la práctica …………………….………………………….6 Desarrollo temático Principios de funcionamiento…………..………………...…9 Balanzas mecánicas……………………………………………….9 Verificación del funcionamiento………………………….. 13 Mantenimiento de la balanza mecánica………………..15 Balanzas electrónicas…………………………..…………………16 Sistema de procesamiento de la señal……………………. 19 Calificación de balanzas………………………………………….….20 Ejemplos de errores absolutos y relativos……………….…..27 Tipos de errores: indeterminados y determinados………….30 Conclusiones………………………………………………………………………….31 Bibliografía……………………………………………………………………………31

Introducción Química General

Página 2

En este informe presentamos el correcto uso de las balanzas y se detalla paso a paso la determinación de la densidad de distintos cuerpos. Durante las Diversas prácticas realizadas en el laboratorio al momento de determinar la densidad de los sólidos y líquidos nos percatamos que constan de una masa y de un volumen Respectivamente. Es importante resaltar que para hallar La masa, La balanza juega un papel determinante, pues nos precisan con cierto grado de exactitud una de las magnitudes más fundamentales: todo aquello que existe y ocupa un lugar en el espacio, es decir, la masa que posee un cuerpo. Dentro de las observaciones que se deben destacar respecto a este instrumento básico, es de suma importancia aclarar que las balanzas determinan la masa de que contiene un objeto, no su peso. La masa es constante mientras que el peso varía dependiendo de la altura y la latitud según su entorno, es decir, “La masa es una medida invariable de la cantidad de materia de un objeto. En cambio el peso es una fuerza ejercida entre él y su entorno principalmente la tierra”

Objetivos 

Conocer y adquirir experiencia en el uso de los diferentes tipos de balanzas, estableciendo sus características, diferencias y posibilidades.



Adquirir experiencia en la estimación de las dimensiones, volúmenes y pesos.



Determinar experimentalmente la densidad de sólidos, líquidos y soluciones

Química General

Página 3

Resumen Dentro del laboratorio las mediciones con la balanza cumplen un papel fundamental en el desarrollo de los procedimientos, es de gran importancia que nosotros los estudiantes adquiramos destreza en el manejo de estas y además conocer todos los cálculos que necesitan el uso de la balanza como lo es la densidad, con esta práctica adquirimos experiencia en el manejo correcto de las balanzas así también como ha de usarse estas en la determinación de densidades. La balanza es un instrumento que costa de mucha precisión y algunas precauciones a la hora de su uso es nuestro deber aprender a utilizarlas de una manera correcta para no cometer errores en nuestras prácticas.

Metodología Durante la práctica primero se aprendió a manejar de una manera correcta las balanzas es decir como nivelarlas, encenderlas, ajustarlas a cero y observarlas, luego de haber aprendido eso, procedimos a realizar un experimento número 1 que consistía en que a usemos un cilindro graduado de 25 ml y medimos 25 ml de agua. Se vertió el líquido en una fiola limpia previamente pesada. Se pesó todo en conjunto y se determinó la masa del agua contenida en la fiola. Luego se determinó el volumen medio por el cilindro mediante la fórmula previamente dada. ρH2O = Pf = 38.7 Pf= 16.3

Pf= 16.3 vol.= 25 ml

22.4 ρ=

m 22,4 g r gr =0,846 3 = 25 cm v cm

ρ H2O = 1,0

El siguiente experimento consistió en pesar una probeta graduada de 50 ml previamente seca y limpia con una aproximación de 0.1 gr. Se añadió con una pipeta 5 ml de agua hasta que haya pesado 25 ml. Fue necesario pesar por separado cada volumen de agua. Para una mejor visualización se empleó una tabla:

Química General

Página 4

5 ml

P.P 5 ml 81, 7

P.P 76,2

ERROR - 0,5

5,5

1.0

87,3

81, 7

5,6

1.5

92,2

87, 3

4,9

0,1

2.0

97,0

92,2

4,8

0,2

2.5

103, 2

97,0

6,2

+ 1,2

3.0

108,0

103, 2

4,8

-

0,2

3.5

112,5

108, 0

4,5

-

0,5

-

0,6

En el último experimento determinamos la densidad. Se tomó una probeta de 50 ml de agua, se anotó el volumen con una aproximación de 0.1 ml. Pesamos la muestra del solido en un volumen aproximado de 2 cm^3 y lo colocamos dentro dela probeta. El nuevo volumen alcanzado por el líquido menos el original, es el volumen de la muestra. m= 4,57 Vol. = 6,8- 5,0 Vol.= 1,8

cm3

ρ cm 3

=

ρ= 2,53 gr/

4,57 m = v 1,8 cm3 cm

3

Esos fueron los procedimientos realizados para desarrollar la práctica. Materiales: * Vidrio reloj * Matraz aforado * Cilindro graduado 25ml * Fiola * Balanza * Solido

Química General

Página 5

* Agua

Fotografías de la práctica

Química General

Página 6

Química General

Página 7

BALANZAS La balanza es un instrumento que mide la masa de una sustancia o cuerpo, utilizando como medio de comparación la fuerza de la gravedad que actúa sobre dicha masa. La balanza tiene también otros nombres, entre los que destacan báscula y peso. Se debe tener en cuenta que el peso es la fuerza que el campo gravitacional terrestre ejerce sobre la masa de un cuerpo, siendo tal fuerza el producto de la masa por la aceleración de la gravedad [F = m x g], que depende de factores como la latitud geográfica, la altura sobre el nivel del mar y la densidad de la tierra en el lugar donde se efectúa la medición. Dicha fuerza se mide en Newton. La balanza se utiliza para medir tanto la masa de una sustancia como el peso de la misma, ya que entre masa y peso existe una relación bien definida. En el laboratorio se utiliza la balanza para varios cometidos como: preparar mezclas de componentes en proporciones definidas; determinar densidades o pesos específicos y efectuar actividades de control de calidad con dispositivos como por ejemplo las pipetas.

Química General

Página 8

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO Las balanzas se diferencian entre sí por el diseño, los principios utilizados en su funcionamiento y la sensibilidad que poseen. En la actualidad podríamos considerar que existen dos grandes grupos: las balanzas mecánicas y las balanzas electrónicas. BALANZAS MECÁNICAS Algunas de las más comunes son las siguientes: 1. Balanza de resorte. Su funcionamiento está basado en una propiedad mecánica de los muelles, que consiste en que la fuerza que ejerce un muelle es proporcional a la constante de elasticidad del mismo [k] multiplicada por su elongación [x] [F = - k · x]. De lo que se deduce que mientras más grande sea la masa [m] que se coloca, mayor será la elongación del muelle, siendo esta proporcional a la masa y a la constante del resorte. La calibración de una balanza de resorte depende de la fuerza Química General

Página 9

de gravedad que actúa sobre el objeto, por lo que deben calibrarse en el lugar de empleo. Se utilizan si no se requiere una gran precisión.

2. Balanza de pesa deslizante. Dispone de dos masas conocidas que se pueden desplazar sobre escalas, una con una graduación macro y la otra con una graduación micro. Al colocar una sustancia de masa desconocida sobre el plato, se determina su peso deslizando las masas sobre las escalas mencionadas hasta que se obtiene la posición de equilibrio. En dicho Química General

Página 10

momento se toma la lectura sumando las cantidades indicadas por la posición de las masas sobre las dos escalas mencionadas.

3. Balanza analítica. Funciona mediante la comparación de masas de peso conocido con la masa de una sustancia de peso desconocido. Está construida con base en una barra o palanca simétrica que se apoya mediante un soporte tipo cuchilla en un punto central denominado fulcro.

En sus 2 extremos existen unos estribos o casquillos que soportan cada uno un platillo mediante unas cuchillas que les permiten oscilar suavemente. En un platillo se colocan las pesas certificadas (que actúan como contrapesos) y en el otro la sustancia que es necesario analizar, de Química General

Página 11

forma que obtendremos su peso exacto cuando el brazo se quede en perfecta posición horizontal. Todo el conjunto dispone de un sistema de bloqueo que permite a la palanca principal reposar de forma estable cuando no se emplea o cuando se requieren modificar los contrapesos. Dispone de una caja externa que protege la balanza de las corrientes de aire que pudieran presentarse en el lugar donde se encuentra instalada. En la actualidad, se considera que una balanza analítica es aquella que puede pesar diezmilésimas de gramo (0,0001 g) o cienmilésimas de gramo (0,00001 g) pero como contrapartida tienen una capacidad de pesada (tara) que no suele superar los 200 gramos.

Para utilizarlas se requiere disponer de un juego de pesas certificadas, el cual dispone de piezas con masas de diversa magnitud. El juego está por lo general compuesto por las siguientes piezas:

4. Balanza de plato superior. Este tipo de balanza dispone de un único platillo de carga colocado en la parte superior, el cual es soportado por una columna que se mantiene en posición vertical por dos pares de guías que tienen acoples flexibles. El efecto de la fuerza, producido por la masa, es transmitido desde algún punto de la columna vertical bien directamente o mediante algún mecanismo a la celda de carga. La exigencia de este tipo Química General

Página 12

de mecanismo consiste en mantener el paralelismo de las guías con una exactitud de hasta ± 1 μm. Las desviaciones de paralelismo causan un error conocido como de carga lateral que se presenta cuando la masa que está siendo pesada muestra diferencias si la lectura se toma en el centro del platillo o en uno de sus extremos. El esquema que se incluye a continuación explica el principio de operación, el cual algunos fabricantes han introducido a las balanzas electrónicas.

5. Balanza de sustitución. Es también una balanza de platillo único. Se coloca sobre el platillo de pesaje una masa desconocida que se equilibra al retirar, del lado del contrapeso, masas de magnitud conocida, utilizando un sistema mecánico de levas hasta que se alcance una posición de equilibrio. El fulcro generalmente está descentrado con relación a la longitud de la viga de carga y colocado cerca del frente de la balanza. Cuando se coloca una masa sobre el platillo de pesaje y se libera la balanza del mecanismo de bloqueo, el movimiento de la viga de carga se proyecta mediante un sistema óptico a una pantalla localizada en la parte frontal del instrumento.

Química General

Página 13

VERIFICACIÓN DE FUNCIONAMIENTO A continuación, se describe el procedimiento utilizado para verificar el funcionamiento de una balanza mecánica típica. La descripción del proceso se basa en la balanza de sustitución. 1. Verificar que la balanza esté nivelada .La nivelación se logra mediante mecanismos de ajuste roscado, ubicados en la base de la balanza. El nivel se logra centrando una burbuja sobre una escala visible en la parte frontal de la base de la balanza. 2. Comprobar el punto cero. Colocar en cero los controles y liberar la balanza. Si la escala de lectura no se mantiene en cero, es necesario ajustar el mecanismo de ajuste de cero que es un tornillo estriado ubicado en posición horizontal cerca del fulcro. Para esto es necesario bloquear la balanza y ajustar suavemente el citado mecanismo. El proceso continúa hasta que el cero ajuste correctamente en escala de la lectura. 3. Verificar y ajustar la sensibilidad. Esta se reajusta siempre que se haya efectuado algún ajuste interno. Se efectúa con una pesa patrón conocida y se procede siguiendo estos pasos: a) Bloquear la balanza.

Química General

Página 14

b) Colocar un peso patrón en el platillo, equivalente al rango de la escala óptica. c) Colocar la graduación de la década de peso inferior en uno (1). d) Liberar la balanza. e) Ajustar el punto cero. f) Colocar nuevamente la graduación de la década de peso inferior en cero (0). La balanza deberá marcar 100. Si la escala marca menos o más que 100, se debe ajustar el control de sensibilidad. Esto supone bloquear la balanza, levantar la cubierta superior y girar el tornillo de sensibilidad: si la escala marca más de 100, girar el tornillo en el sentido de las agujas del reloj, es decir, hacia abajo. Si la escala marca menos de 100, es necesario desenroscar el tornillo. Luego se repite el proceso hasta que quede ajustada la balanza (ajustar en cero y la sensibilidad). 4. Confirmar el freno del platillo. Este se encuentra montado sobre un eje roscado que, cuando está bloqueada la balanza, toca el platillo para evitar que oscile. En caso de desajuste se debe rotar suavemente el eje, hasta que la distancia entre el freno y el platillo sea cero cuando la balanza está bloqueada.

MANTENIMIENTO DE LA BALANZA MECÁNICA El mantenimiento de las balanzas mecánicas está limitado a las siguientes rutinas: Frecuencia: Diaria 1. Verificar el nivel. 2. Verificar la graduación de cero. 3. Verificar el ajuste de sensibilidad. 4. Limpiar el platillo de pesaje Química General

Página 15

Frecuencia: Anual 1. Calibrar la balanza y documentar el proceso. 2. Desensamblar y limpiar los componentes internos. Se debe seguir el proceso definido por el fabricante, o bien que la realice un servicio técnico autorizado.

BALANZAS ELECTRÒNICAS

El desarrollo tecnológico de la electrónica ha permitido simplificar enormemente el manejo de las balanzas, reducir los intervalos de pesada y prescindir de salas de pesaje específicas, como antiguamente había para las analíticas mecánicas. Las balanzas electrónicas involucran tres elementos básicos: 1. Un mecanismo de transferencia – formado por: palancas, apoyos, guías que concentra la carga del peso en una fuerza simple [F] que puede ser medida. [ F = ∫P∂a ] La integral de la presión sobre el área permite calcular la fuerza. Química General

Página 16

2. Un transductor de medida, conocido con el nombre de celda de carga, que produce una señal de salida proporcional a la fuerza de carga, en forma de cambios en el voltaje o en la frecuencia. 3. Un circuito electrónico analógico-digital que finalmente presenta el resultado de la pesada en forma digital.

Las balanzas de laboratorio operan de acuerdo al principio de compensación de fuerza electromagnética, aplicable a desplazamientos o pares de fuerza, donde se combina la exactitud de los componentes mecánicos con los sistemas automáticos de lectura. Las partes móviles (platillo de pesaje, columna de soporte [a], bobina, indicador de posición y carga [G] – objeto que pesamos –) son mantenidas en equilibrio (en flotación) por una fuerza de compensación [F] que es igual al peso. La fuerza de compensación es generada por el flujo de una corriente eléctrica, a través de una bobina ubicada en el espacio de aire existente en un electroimán cilíndrico. La fuerza F se calcula mediante la ecuación: [F = I x l x B], donde: I = corriente eléctrica, l = longitud total del Química General

Página 17

alambre de la bobina y B = intensidad de flujo magnético en el espacio de aire del electroimán.

Con cualquier cambio en la carga (peso/masa), el sistema móvil (mecánico) responde, desplazándose verticalmente una fracción de distancia, detectada por un fotosensor [e], que como resultado envía una señal eléctrica al servoamplificador [f] que cambia el flujo de corriente eléctrica que pasa por la bobina del imán [c], de forma que el sistema móvil retorne a la posición de equilibrio al ajustarse el flujo magnético en el electroimán. En consecuencia, el peso de la masa G se puede medir de forma indirecta, a partir del flujo de corriente eléctrica que pasa por el circuito midiendo el voltaje [V] a través de una resistencia de precisión [R]. [V = I x R]. Hasta la fecha se han desarrollado muchos sistemas que utilizan la electrónica para efectuar mediciones muy exactas de masa y peso. El esquema que se presenta a continuación explica la forma en que funciona la balanza electrónica.

Química General

Página 18

Sistema de procesamiento de la señal El sistema de procesamiento de la señal está compuesto por un circuito que transforma la señal eléctrica, emitida por el transductor de medida en datos numéricos que pueden ser leídos en una pantalla. El proceso de la señal comprende la siguientes funciones: 1. Tara. Se utiliza para colocar en cero el valor de la lectura, con cualquier carga dentro del rango de capacidad de la balanza. Se controla con un botón ubicado generalmente en el frente de la balanza. 2. Control para ajuste del tiempo de integración. Los valores de peso son promediados durante un período predefinido de tiempo. Dicha función es muy útil cuando se requiere efectuar operaciones de pesaje en condiciones inestables. Por ejemplo: presencia de corrientes de aire o vibraciones. . 3. Redondeo del resultado En general las balanzas electrónicas procesan datos internamente con mayor resolución que aquellos que presentan en pantalla. De esta forma se logra centrar exactamente la balanza en el punto cero, cuando se tara la balanza. El valor interno neto se redondea en la pantalla. 4. Detector de estabilidad.

Química General

Página 19

Se utiliza en operaciones de pesaje secuencial y permite comparar los resultados entre sí. Cuando el resultado se mantiene, es liberado y puesto en pantalla, aspecto que se detecta al encenderse el símbolo de la unidad de peso seleccionada.

CLASIFICACIÓN DE BALANZAS 5. El procesamiento electrónico de las señales Este permite disponer de otras funciones tales como contaje de piezas, valor porcentual, valor objetivo, entre otras. Dichos cálculos son realizados por el microprocesador, de acuerdo con las instrucciones que el operador ingresa a través del teclado de la balanza. La Organización Internacional de Metrología Legal (OIML) ha clasificado las balanzas en cuatro grupos: 1. Grupo I: balanzas de exactitud especial 2. Grupo II: balanzas de exactitud alta 3. Grupo III: balanzas de exactitud media. 4. Grupo IV: balanzas de exactitud ordinaria. En la clasificación metrológica de las balanzas electrónicas solamente dos parámetros son de importancia: 1. La Tara o carga máxima [Máx.] 2. El valor de la división digital [dd]4 El número de divisiones de la escala se calcula mediante la siguiente fórmula: Química General

Página 20

La gráfica que se presenta a continuación muestra dicha Clasificación.

La OIML acepta la siguiente convención para las balanzas de laboratorio: 1. Ultramicroanalíticas dd = 0,1 μg 2. Microanalíticas dd = 1 μg 3. Semimicroanalíticas dd = 0,01 mg 4. Macroanalíticas dd = 0,1 mg 5. De carga superior dd ≥ 1 mg

Química General

Página 21

SERVICIOS REQUERIDOS Para instalar y utilizar satisfactoriamente una balanza, se requiere lo siguiente: 1. Tener una mesa de pesada estable (mesa especial, bancada de laboratorio o banco de obra). La mesa no debería combarse al apoyar peso, y a s...