Práctica 1 Características de un Instrumento de Medición PDF

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Características de instrumentos de medición para laboratorio. Identificación de los errores de exactitud y precisión, manejo correcto de los instrumentos para laboratorio de fisicoquímica. ...

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      PRÁCTICA 1: CARACTERÍSTICAS DE UN INSTRUMENTO DE MEDICIÓN

Equipo 2 Cuecuecha Pérez Linda Flor. Flores Enríquez Yamna. Hernández Cárdenas Julieta. Morán Garay Sara Yexalén. Sánchez Palomera Vanessa Alexandra.

Licenciatura en Biología Marina. Fisicoquímica B.C.S, La Paz a 14 de marzo del 2019

OBJETIVO Establecer aquellas características de un instrumento de medición que indiquen cómo es y qué puede esperarse del mismo. Diferenciar entre los conceptos de exactitud y precisión, y calcular los errores correspondientes. Así mismo, comprender el error inherente en las mediciones y aplicar técnicas estadísticas básicas para reportarlo e interpretarlo con los resultados (desviación promedio y desviación estándar). Adquirir la habilidad en el manejo de algunos de los instrumentos más utilizados en el laboratorio de fisicoquímica.

INTRODUCCIÓN Para conocer si una medición puede aceptarse o rechazarse. no es necesario que todas las observaciones deben ser precisas, más bien, debe conocerse el nivel de confianza en que puede tenerse cada resultado (Strobel A. H., 1968). Algunos factores que deben tomarse en cuenta para cada instrumento son la exactitud, dispersión, rango, resolución, legibilidad, desviación estándar y precisión del análisis, la exactitud es considerada como la aproximación del resultado obtenido al valor verdadero. La precisión del resultado es su reproductibilidad . La dispersión se evalúa respecto al promedio de las mediciones o al valor verdadero de la magnitud que se determina (V. N. Alexéiev, 1976). La resolución de un instrumento de medición es el cambio más pequeño en el valor medido al cual responde el instrumento (Strobel A. H., 1968). La legibilidad es considerado como un atributo del instrumento que nos indica la facilidad con que podemos leer el registro. El rango de un instrumento se define

como la diferencia entre el más

grande y el más pequeño de los valores de las muestras. De esta forma, si se toman n muestras y se expresan en orden de valor creciente x1,x2……xn, el rango sería: R= xn-x1. La desviación estándar,s, es una medida del grado de proximidad de los datos en torno al valor de la media. Cuando esta es menor, se estrechan y se agrupan los datos alrededor de la media (Maisel L.,1971) Una de las más comunes convenciones de concentración es la escala de molaridad M, definida como un factor de volumen que depende de la temperatura, es decir, puede aumentar o disminuir; estos cambios traen como consecuencia una variación de la concentración La molaridad de una solución puede ser usada como la base para relacionar factores de conversión de sustancias ( Vázquez F. & Gil E., 1985).

M asa de soluto ↔ V olumen de solución

METODOLOGÍA Equipo y Materiales ● Termómetro

● Sol. de HCl concentración X

● Cronómetro

● 1 pipeta graduada de 2 mL

● Probeta

● Sol. NaOH 1.25 M

● Matraz aforado

● 1 puntas de plástico

● Matraz Erlenmeyer

● Sol. de fenolftaleína 1%

● Vernier

● 1 jeringas sin aguja

● Vaso de precipitados

● 1 pedazos de manguera de

● Balanza electrónica

hule de 3 cm

● Pipeta volumétrica

● Vasos de pp de 10 mL

● Balanza granataria

● 2 matraces erlenmeyer de 10

● Pipeta graduada

mL

● Pesa patrón

● 1 soporte

● Barómetro

● 1 pinzas dobles para

● Parrilla

microbureta

● Bureta A. Características de los instrumentos. Se observo cuidadosamente el material que se proporcionó y en la Tabla I se indicó, para cada uno de ellos: rango, resolución, unidades y legibilidad. B. Exactitud, precisión, y errores inherentes a la medición. 1.- Con la balanza granataria se determinó la masa de la "pesa patrón". Se realizó la misma operación pero utilizando la balanza electrónica. Con objeto de determinar la exactitud y precisión de los instrumentos utilizados, se realizó en cada caso, cinco determinaciones y se anotaron los resultados en la Tabla II.

2.- Se procedió a determinar la concentración de una solución de HCl titulando con una solución 1.25M de NaOH. Para ello se preparó tres matraces erlenmeyer de 50ml con 10ml de la solución de HCl utilizando una pipeta volumétrica y se añadieron dos gotas de fenolftaleína. En la bureta de 25mL se adiciono la solución de NaOH y se procedió a realizar la titulación hasta que cambie el color de la solución a un rosa pálido. Se anotaron los resultados en la Tabla III. 3.- Se determinó el promedio y desviación estándar de los datos registrados en las tablas II y III. Se registró esta información en la Tabla IV utilizando sus unidades correspondientes. RESULTADOS A. Características de los instrumentos. Tabla l. Características de los Instrumentos Instrumento

Unidades

Rango

Resolución

Legibilidad

Termómetro

°C

-20-110

0.1

intermedia

Matraz Erlen

ml

1-10

0.2

buena

Vaso de

ml

50-250

0.5

media

ml

50-600

50

buena

ml

0-25

25

mala

Cronómetro

No se tomó

No se tomó

No se tomó

No se tomó

Matraz

ml

100

100

buena

Precipitado Pipeta Volumétrica Pipeta Graduada

Aforado

Vernier

cm

0-12

0.1

buena

Balanza

g

0-220

0.0001

buena

g

0-200

.1

buena

Bureta

ml

0-50

0.1,1,10,100

media

Barómetro

mmhg

700-800

0.1

buena

Electrica Balanza Graduada

B. Exactitud, precisión, y errores inherentes a la medición.

Tabla ll. No.

Balanza Granataria

Balanza Electrica

1

50.50 gr

50.5670 gr

2

50.26 gr

50.5670 gr

3

50.48 gr

50.5671 gr

4

50.16 gr

50.5671 gr

5

50. 08 gr

50.5671 gr

Tabla lll. Titulación de solución de HCl con NaOH. No.

V NaOH (mL)

M HCl (n/L)

1

10.3

1.3258

2

10.9

1.4030

3

10.5

1.3515

Tabla lV. Instrumento/

Promedio

Desviación

Valor Real o

Estándar

Patrón

50.296 gr

± 0.18836

50 gr

50.56706 gr

± 5.477x10-5

50 gr

1.3601 n/L

± 0.0393

1.213 n/L

Técnica Balanza Granataria Balanza Electronica Titulación (HCl)

Balanza granataria. Desviación máxima. D.M= valor más grande – valor más pequeño. DM= 50.50gr- 50.08gr DM= 0.42gr Promedio. X= (50.50gr + 50.26gr + 50.48gr + 50.16gr + 50.08gr)/5 X= 50.296gr. Error de precisión. E.P = (Desviación máxima / Promedio)*100

E.P = (0.42gr/ 50.296gr) *100 E.P= 0.835% Error de Exactitud. E.E= (Promedio – Valor real / Valor real) * 100 E.E= (50.296 gr – 50gr/50gr) * 100 E.E= 0.592% Desviación estándar.  S2= (50.50-50.296)2 + (50.26-50.296)2 + (50.48-50.296)2 + (50.16-50.296)2 +

(50.08-50.296)2 / 4 S= √ 0.03548 S= ±0.18836 Balanza electrónica. Desviación máxima. D.M= valor más grande – valor más pequeño. D.M= 50.5671gr – 50.5670gr D.M= 0.0001gr Promedio. X= (50.5670 + 50.5670 + 50.5671 + 50.5671 + 50.5671)/ 5 X= 50.56706 gr. Error de precisión. E.P = (Desviación máxima / Promedio)*100 E.P= (0.0001gr / 50.56706 gr)*100

E.P= 0.0001% Error de Exactitud. E.E= (Promedio – Valor real / Valor real) * 100 E.E= (50.56706gr – 50gr / 50gr) * 100 E.E = 1.13412% Desviación estándar. S2=

 (50.5670-50.56706)2 +

(50.5670-50.56706)2 +

(50.5671-50.56706)2 +

(50.5671-50.56706)2 + (50.5671-50.56706)2 / 4 S= √ 3x10-09 S= ±5.477x10-05 DISCUSIÓN A. Características de los instrumentos. Los materiales con mediciones volumétricas son considerados más precisos, ya que toman en cuenta cálculos matemáticos como: la exactitud, error de precisión, entre otros.Cabe destacar que en presente grupo se incluyen buretas, pipetas graduadas ,matraces aforados(mucho más exacta que las anteriores, puesto que determina el tope del líquido) . Para medir volúmenes con los instrumentos se debe tomar en cuenta que a menor diámetro, existe una mayor precisión; y es en eso lo que radica la exactitud. B. Exactitud, precisión, y errores inherentes a la medición. La bureta mostró una variación de 0.6 mL en cuanto a la cantidad de solución necesaria para la titulación, y al calcular la molaridad de la solución de HCl, la variación fue mínima entre las tres pruebas, sin embargo, comparando el

promedio obtenido de las muestras con la molaridad real, hubo un error mayor a 0.1 n/L, lo cual se encuentra en el rango aceptable. Los cálculos para los errores de exactitud y precisión de la bureta de 25 mL, arrojaron los resultados de 12.036 y 103.23 respectivamente, lo que muestra una variable lejos del valor real exacto, pero una mayor precisión entre los números de molaridad obtenidos. Puesto que los valores de precisión y exactitud de los valores de la balanza granataria fueron de 0.835% y 0.592% respectivamente, resultaron ser más aproximados al valor real que fue de 50 a pesar de haber sido más variados, que los valores de la balanza electrónica siendo en su mayoría constantes a 50.56 y cuyos valores de precisión y exactitud fueron de 0.0001% y 1.13412% respectivamente. Sin embargo, aunque se demostró que la balanza granataria tiene menor error de exactitud, es menos precisa que la balanza electrónica dado que ésta se acerca mucho más a ser cero al repetir casi la misma lectura.

CONCLUSIÓN Los instrumentos de un laboratorio deben de cumplir ciertos requisitos para que una investigación sea válida y los resultados de cualquier prueba sean verdaderos y confiables, para asegurar esto, los errores de exactitud y precisión no deben superar cierto límite, para ser lo más cercanos posibles a los valores reales. Otro aspecto muy importante son las características de cada instrumento, como las unidades que maneja y las cantidades que es posible medir correctamente, así como la facilidad de leer el resultado, en el campo de la ciencia todos estos aspectos son importantes para la investigación, así como su correcto uso y cuidado.

CUESTIONARIO 1. ¿Es posible que un instrumento sea preciso y al mismo tiempo inexacto? Fundamenta tu respuesta. La exactitud es la corrección de una medición o determinación, precisión es la reproducibilidad de los resultados de las mediciones. Un resultado es tanto más exacto cuando más se acerca a su valor verdadero. Así mismo, cuanto más cercanos son varios resultad os entre sí, más precisos son, independientemente de su exactitud. (Brumblay, 1986). En otras palabras, la exactitud tiene que ver con la cercanía al valor real y la precisión se refiere a dar el mismo resultado en distintas mediciones; todo esto nos lleva a deducir que se puede ser exacto mas no preciso y viceversa.¿Por qué es necesario tener un valor real o de referencia para medir la exactitud? Exactitud es una medida de la diferencia entre el valor medio de un grupo de mediciones y el valor verdadero. Si el valor verdadero es conocido, como es el caso del análisis de un estándar, entonces la diferencia entre el contenido conocido del estándar y el promedio de los datos obtenidos experimentalmente establecen la exactitud de esos valores. ( Gordus, 1991) Además es necesario conocer el valor real para los cálculos y para comparar los resultados con el valor real y así conocer su error de precisión. 2. ¿Por qué es necesario realizar más de un ensayo para determinar la precisión? La precisión se refiere a dar el mismo resultado en distintas mediciones; por la tanto con un sólo ensayo no se podría determinar la precisión, además de que se necesitan dos o más valores para calcular el promedio para calcular el error de precisión.

3. Con un dinamómetro se hicieron varias determinaciones para medir la fuerza de una polea para equilibrar la masa x. Los resultados obtenidos fueron los siguientes: 30.5N, 28.9N, 30.2N, 28.5N, 29.0N, 30.1N, 29.8N, 31.0N. Si la fuerza real fuera 30.0N, calcule los errores de precisión y exactitud por dicho dinamómetro. Desviación máxima. D.M= valor más grande – valor más pequeño. DM= 31.0N- 28.9N DM= 2.5N Promedio. X= (28.5N + 28.9N + 29.0N + 29.8N + 30.1N + 30.2N + 30.5N + 31.0N)/8 X= 29.75N Error de precisión. E.P = (Desviación máxima / Promedio)*100 E.P = (2.5N/ 29.75N) *100 E.P= 8.40% Error de Exactitud. E.E= (Promedio – Valor real / Valor real) * 100 E.E= (29.75N – 30N/30N) * 100 E.E= -0.833% 4. Si tuviera que hacer un experimento en el que el uso de la balanza fuera preponderante, ¿Cuál de las dos balanzas utilizaría? Explique por qué.

Una balanza analítica, ya su error de exactitud suele ser mucho menor al de una balanza granatoria; además sus unidades de medición se pueden ajustar al tipo de experimento que se va a realizar. 5. Investiga en que se fundamenta el proceso de valoración de un ácido por titulación con una base. La titulación ácido-base consiste en completar una reacción de neutralización entre un ácido y una base de Bronsten. El titulante es siempre un ácido o una base fuerte y el analito puede ser un ácido o una base fuerte o débil. El procedimiento general consiste en determinar la cantidad de un ácido

por la

adición de una cantidad medida y equivalente de una base o viceversa. (Canales et al. , 1999) El punto final se determina a partir de la curva de titulación o por el cambio de color de un indicador ácido-base. (Aldabe et al., 2004) 6. ¿Por qué es importante conocer la desviación estándar de un conjunto de mediciones sobre una misma magnitud? ¿Qué información nos da este valor sobre el instrumento/técnica utilizado, y más generalmente, sobre la confiabilidad de los resultados? La desviación estándar es una medida de la desviación que se usa porque en cualquier estudio estadístico su valor puede ser estimando de manera más segura a partir de un número dado de determinaciones. (Brumblay, 1986). La desviación estándar mide la dispersión en unidades originales, es decir, sus unidades no son cuadráticas, además este valor resume la lista de todas las mediciones en uno solo. Este dato nos brinda la dispersión respecto a la media (que tan alejados están las mediciones de la media). El valor nos permite conocer si el instrumento es preciso o no, y que tan preciso es utilizarlo. Si la desviación arroja un valor demasiado grande, significa que el instrumento no es confiable para ser utilizado ya que las mediciones se encuentran alejadas de la media, es decir, son valores extremos. A menor desviación estándar, menor dispersión y mejor precisión. (Gordus, 1991)

7. ¿Es posible hacer inferencia sobre la exactitud de un instrumento a partir de la desviación que muestran sus lecturas alrededor de una magnitud constante, pero desconocida? Fundamenta tu respuesta. No, ya que la exactitud es una medida de la diferencia entre el valor medio de un grupo de mediciones y el valor verdadero. Cuando el valor verdadero no se conoce, todo lo que se puede hacer es una aproximación estadística de un rango de valores que incluyen el valor verdadero. En este caso, la evaluación de la precisión de las mediciones es esencial. (Gordus, 1991) BIBLIOGRAFÍA Aldabe, S.; Aramendía, P.; Bonazzola, C.; Lacreu, L. 2004. Química 2: Química en Acción. Colihue. Buenos Aires. 400pp Alexéiev V. N. 1976. Análisis Cuantitativo. Mir Moscú. URSS Brumblay, U. R. 1986. Análisis cuantitativo. CONTINENTAL. México. 242 pp. Canales, M.; Hernández, T.; Meraz, S.; Peñalosa, I. 1999. Fisicoquímica, volumen 1. UNAM. México. Gordus, A. A. 1991. Química analítica. MCGraw Hill. México 255 pp. Maisel L. 1971. Probabilidad y estadística. Fondo educativo interamericano, S.A. Strobel A. H. 1968. Instrumentación química. Editorial Limusa. México.Nueva York. Vázquez G. F. & Gil F. E. 1992. Concentración de soluciones, molaridad, normalidad y molalidad.AGT Editor, S.A. México....