Practica 2 Uso de la balanza analitica Equipo 1 PDF

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Práctica 2: Uso de la balanza analíticaIntegrantes del equipo: Casquera Jacinto Osiris, Hernández Gonzales Ana Elia, Escamilla Serrano Andrés Isai y Ortega Huerta Viviana (equipo 1) Licenciatura: Químico Farmacobiólogo Sección: QFB 402RESUMEN La balanza analítica es el instrumento más usado por el q...

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Práctica 2: Uso de la balanza analítica Integrantes del equipo: Casquera Jacinto Osiris, Hernández Gonzales Ana Elia, Escamilla Serrano Andrés Isai y Ortega Huerta Viviana (equipo 1) Licenciatura: Químico Farmacobiólogo Sección: QFB 402

RESUMEN La balanza analítica es el instrumento más usado por el químico, ya que mediante la misma es posible conocer con exactitud, la masa que está destinada al análisis, la masa de sustancias a preparar soluciones de concentración exacta, la masa de precipitación en el análisis gravimétrico. Una de las exigencias que se plantean a la química analítica cuantitativa es la exactitud, es decir, que los resultados sean lo más próximos a la realidad posible. Desde luego, esta exactitud deberá ser alcanzada generalmente con masas de muestras muy pequeñas, ya que el trabajo con grandes masas de matrices resulta fastidioso y lleva mucho tiempo, por lo tanto, la exactitud deseada solo podrá alcanzarse con un instrumento capaz de lograr altos niveles de exactitud en pesadas de masas pequeñas. Estos objetivos son alcanzables en la práctica con el empleo de la balanza analítica. Esta herramienta debe estar perfectamente calibrada para obtener los resultados exactos del peso del objeto. También es necesario contar con un buen espacio y un correcto manejo para evitar errores de cálculo y precisión de medidas. 1. INTRODUCCIÓN La balanza analítica es una clase de balanza utilizada principalmente para medir pequeñas masas. También denominadas balanzas de laboratorio, que permiten el análisis cuantitativo de una muestra, un instrumento de medida común mente más utilizados en los laboratorios y de la cual básicamente depende todos los resultados analíticos. Las balanzas analíticas modernas pueden ofrecer valores de precisión de lectura de 0,1 µg a 0,1 mg, están bastante desarrolladas que no es necesaria la utilización de cuartos especiales para la medida del peso.[1] En la figura 1 se muestra un esquema general de una balanza analítica y sus componentes. [2] Puerta devidrio Base dela balanza

Nivel de burbuja Platillo de medición Botón deon/off Entrada decorriente

Display

Botón detarar

Base dealeación demetal Pies para ajustar el nivel

Figura 1. Balanza analítica y sus principales componentes.

Al medir en esta cierta balanza debemos tomar en cuenta que no siempre todo sale correcto o como esperamos, hay unos ciertos errores que puedes suceder, por ejemplo; • Usar la balanza desnivelada • No respetar las condiciones ambientales • Usar la balanza en mesas inestables • Pesar sustancias muy calientes • Carga estática 2. OBJETIVOS Familiarizar al estudiante con el uso de la balanza analítica. Reconocer la importancia del análisis químico estadístico. Reconocer los errores de medición para crear un ambiente seguro al utilizar la balanza analítica. 3. MARCO TEÓRICO La balanza es un instrumento que 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 extremos existen unos estribos o casquillos que también están soportados mediante unas cuchillas que les permiten oscilar suavemente. De allí se encuentran suspendidos dos platillos.En uno se colocan las masas o pesas certificadas y en el otro aquellas que es necesario analizar. Todo el conjunto dispone de un sistema de aseguramiento o bloqueo que permite a la palanca principal reposar de forma estable cuando no es utilizada o cuando se requieren modificar los contrapesos. Dispone de una caja externa que protege la balanza de las interferencias, como 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 diez milésimas de gramo (0,0001 g) o cien milésimas de gramo (0,00001 g). [3]

Normas de utilización de una balanza analítica Antes de empezar se ha de asegurar que la balanza esté bien nivelada (la mayoría de las balanzas tienen una burbuja de aire que permite comprobar su nivel). Es necesario verificar que la balanza señale exactamente el cero; es caso de no ser así, hay que calibrarla nuevamente. Para efectuar la pesada hay que tener en cuenta: ▪ No pesar las sustancias directamente sobre el plato de la balanza. ▪ Utilizar un recipiente limpio y seco: un vidrio de reloj o un recipiente lo más pequeño posible. ▪ El recipiente y la carga que se han de pesar tienen que estar a la misma temperatura que el entorno. ▪ Colocar el material que se quiere pesar en el centro del plato de la balanza. Errores de pesada Al intentar pesar nos podemos encontrar que la lectura del peso sea inestable. Las causas más frecuentes de este hecho y sus posibles soluciones son (tabla 1) [4]:

Tabla 1: causas de peso inestable

4. PROCEDIMIENTO 1. Ingresar a laboratorio con las medidas y el equipo de seguridad necesario. 2. Anotarse en la bitácora antes de utilizar la balanza analítica. 3. Asegurarse que la balanza este colocada en el lugar indicado para poder

manejarla de forma adecuada. 4. Conectar la balanza y asegurarse de que se encuentre debidamente nivelada. 5. Ajustar por medio de las perillas. 6. Encender la balanza y esperar a que se estabilice (para estabilizar siempre 7. 8. 9. 10. 11.

mantener las puertas de la balanza cerradas). Utilizar vidrio de reloj o papel encerado (doblado en 4 de ambos lados), para realizar la pesada. Colocar el papel encerado o el vidrio de reloj en el centro de la balanza, después tarar la balanza para poder colocar el display en 0 Colocar el reactivo con una espátula hasta obtener el peso deseado. Después de obtener el peso deseado se coloca el reactivo dentro de un recipiente. Limpiar la balanza con una brocha después de utilizarla para no afectar la siguiente pesada.

5. CÁLCULOS Y RESULTADOS ❖ El peso del agua de cada muestra. o Medición 1: 25.0274 g Medición 2: 25.0272 g Medición 3: 24.9618 g Medición 4: 24.9617 g Medición 5: 24.9613 g Medición 6: 25.0149 g Medición 7: 25.0135 g Medición 8: 25.0239 g Medición 9: 25.0236 g Medición 10: 25.038 g. ❖ La masa corregida del agua o Medición 1: 25.053 g Medición 2: 25.053 g Medición 3: 24.988 g Medición 4: 24.988 g Medición 5: 24.987 g Medición 6: 25.041 g Medición 7: 25.039 g Medición 8: 25.05 g Medición 9: 25.049 g Medición 10: 25.064 g. ❖ El volumen en mL ocupado por la masa corregida del agua y tabule los resultados obtenidos del punto 1 a 3. o Volumen 1: 25.15 mL Volumen 2: 25.15 mL Volumen 3: 25.09 mL Volumen 4: 25.09 mL Volumen 5: 25.09 mL Volumen 6: 25.14 mL Volumen 7: 25.14 mL Volumen 8: 25.05 mL Volumen 9: 25.15 mL Volumen 10: 25.16 mL ❖ Al final de la tabla solicitada en el punto 3 obtenga la media aritmética de la masa del agua, la masa del agua corregida y el volumen del agua.

o Media aritmética de la masa del agua: 25.00533 o Media aritmética de la masa agua corregida: 25.0312 o Media aritmética del volumen del agua: 25.131 ❖ Calcule el error relativo tomando como valor teórico 25 mL. o 0.52% ❖ Calcule la desviación estándar de los datos de masa corregida y volumen. o Desviación estándar de la masa corregida: 0.030803319 o Desviación estándar del volumen: 0.028848262 6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Para obtener los resultados de la masa del agua, la operación que se llevó a cabo fue una resta del peso del matraz vacío con el peso del matraz con agua por cada medición. Tabla 2: peso del agua

Peso Medición matraz vacío (g)

Peso matraz con agua (g)

peso del agua (g) [W2]

1

22.4088

47.4362

25.0274

2

22.4088

47.436

25.0272

3 4 5 6 7 8 9 10

22.409 22.4087 22.4088 22.409 22.4092 22.4084 22.4085 22.4086

47.3708 47.3704 47.3701 47.4239 47.4227 47.4323 47.4321 47.4466

24.9618 24.9617 24.9613 25.0149 25.0135 25.0239 25.0236 25.038

Para el segundo punto que nos pide la práctica, la fórmula que utilizamos fue la fórmula de corrección para la flotación, la cual es la siguiente (ecuación 1): 𝑊1 = 𝑊2 + 𝑊2 (

𝑑𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑑𝑎𝑖𝑟𝑒 ) − 𝑑𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 𝑑𝑝𝑒𝑠𝑎

Ecuación 1

Donde: W1= es la masa corregida del objeto daire= es la densidad del aire desplazado (0.0012 g/cm3) W2= es la masa de las pesas patrón dpesa= es la densidad de las pesas (8 g/mL) dobjeto= es la densidad del objeto (0.99602 g/mL) Reemplazando cada una de las variables anteriores, obtuvimos los siguientes resultados mostrados en la tabla 3:

Tabla 3: Masa corregida

Medición

Peso matraz vacío (g)

Peso matraz con agua (g)

peso del agua (g) [W2]

Masa corregida (g) [W1]

1

22.4088

47.4362

25.0274

25.053

2

22.4088

47.436

25.0272

25.053

3 4 5 6 7 8 9 10

22.409 22.4087 22.4088 22.409 22.4092 22.4084 22.4085 22.4086

47.3708 47.3704 47.3701 47.4239 47.4227 47.4323 47.4321 47.4466

24.9618 24.9617 24.9613 25.0149 25.0135 25.0239 25.0236 25.038

24.988 24.988 24.987 25.041 25.039 25.05 25.049 25.064

Para el punto 3, nos pide calcular el volumen en mL ocupado por la masa corregida del agua, por lo que proseguimos a utilizar la fórmula de densidad (ecuación 2), despejando el volumen, y tomamos como valor de densidad 0.99602 g/mL del agua a una temperatura de 29oC y el valor de la masa, no los proporciona la tabla anterior (tabla 3).

Ecuación 2

Y obtuvimos los siguientes resultados mostrados en la tabla 4: Tabla 4: Volumen en mL de la masa corregida

Medición

Peso matraz vacio (g)

Peso matraz con agua (g)

peso del agua (g) [W2]

Masa corregida (g) [W1]

Volumen (mL)

1

22.4088

47.4362

25.0274

25.053

25.15

2

22.4088

47.436

25.0272

25.053

25.15

3 4 5 6 7 8 9 10

22.409 22.4087 22.4088 22.409 22.4092 22.4084 22.4085 22.4086

47.3708 47.3704 47.3701 47.4239 47.4227 47.4323 47.4321 47.4466

24.9618 24.9617 24.9613 25.0149 25.0135 25.0239 25.0236 25.038

24.988 24.988 24.987 25.041 25.039 25.05 25.049 25.064

25.09 25.09 25.09 25.14 25.14 25.15 25.15 25.16

En el punto 4 se nos solicita calcular la media aritmética, también conocido como el promedio de la masa del agua, masa del agua corregida y el volumen del agua, por lo que proseguimos a sumar la serie de datos de la masa del agua y el resultado lo dividimos por la cantidad de números sumados (10), obteniendo así el resultado. El mismo procedimiento fue utilizado para calcular la media aritmética de la masa corregida del agua y el volumen del agua. Los resultados se muestran en la siguiente tabla: Tabla 5: Valores de la media aritmética

Medición

Peso Peso matraz matraz con agua (g) vacio (g)

peso del Masa agua (g) corregida [W2] (g) [W1]

Volumen (mL)

1

22.4088

47.4362

25.0274

25.053

25.15

2

22.4088

47.436

25.0272

25.053

25.15

3 4 5 6 7 8 9 10 Media Aritmética

22.409 22.4087 22.4088 22.409 22.4092 22.4084 22.4085 22.4086

47.3708 47.3704 47.3701 47.4239 47.4227 47.4323 47.4321 47.4466

24.9618 24.9617 24.9613 25.0149 25.0135 25.0239 25.0236 25.038

24.988 24.988 24.987 25.041 25.039 25.05 25.049 25.064

25.09 25.09 25.09 25.14 25.14 25.15 25.15 25.16

25.00533

25.0312

25.131

En el punto 5 nos pide calcular el error relativo tomando como valor teórico 25 mL. Utilizamos esta fórmula para su desarrollo: 𝐸𝑟 =

𝑋𝑖 − 𝑋𝑡 × 100% 𝑋𝑡

Ecuación 3

Donde: Xi= es el valor experimental Xt=Valor teórico (25mL) Reemplazamos las variables con los datos que nos dieron y obtuvimos el siguiente resultado: 𝐸𝑟 =

25.13 − 25 × 100% 25

𝐸𝑟 =

0.13 × 100% 25

Error relativo

0.52%

Y para el último punto nos pide la desviación estándar de los datos de masa corregida y volumen, tomamos en cuenta que la desviación estándar es la medida de dispersión que indica que tan dispersos están los datos que obtuvimos con respecto a la media. Mientras

mayor sea la desviación estándar, mayor será la dispersión de los datos. Para esto se utilizó la siguiente ecuación (4): ∑(𝑥 − 𝑥 ) Ecuación 4 𝑆=√ 𝑛−1 Donde: S= Desviación estándar. X= masa corregida o volumen. 𝑥 = media o promedio. n-1= número total de valores menos uno (10-1=9). I. Como primer paso tomamos la media o el promedio antes calculado de la masa corregida del agua de la anterior tabla mostrada (tabla 5). Este valor se restará a cada valor individual de las muestras, para tener una lista de desviaciones de la sig. forma: Tabla 6: lista de desviaciones (𝑥 − 𝑥 )

Masa Corregida (g) x 25.053 25.053 24.988 24.988 24.987 25.041 25.039 25.05 25.049 25.064

x–𝒙 

0.0218 0.0218 -0.0432 -0.0432 -0.0442 0.0098 0.0078 0.0188 0.0178 0.0328

II. Como segundo paso elevamos al cuadrado cada una de las diferencias obtenidas en el paso anterior para obtener números de forma positiva. Tabla 7: Elevaciones al cuadrado

Desviación estándar x-𝒙  Masa Corregida (g) x 25.053 25.053 24.988 24.988 24.987 25.041 25.039 25.05 25.049 25.064

0.0218 0.0218 -0.0432 -0.0432 -0.0442 0.0098 0.0078 0.0188 0.0178 0.0328

(x -𝒙)2

0.00047524 0.00047524 0.00186624 0.00186624 0.00195364 9.604E-05 6.084E-05 0.00035344 0.00031684 0.00107584

III. Sumar todos los datos obtenidos en el paso anterior para así obtener lo siguiente ∑(𝑥 − 𝑥 )2 IV. Dividir el total del paso anterior entre “n-1”, es decir, uno menos el total de valores presentes V. Calcular la raíz cuadrada del resultado del paso anterior, el resultado es la desviación estándar de tus resultados con respecto a la masa corregida del agua, la cual se muestra en la siguiente tabla, la cual engloba todos los pasos antes seguidos: Tabla 8: Desviación estándar de la masa corregida

Desviación estándar x-𝒙  Masa Corregida (g) x

Promedio "𝒙"

25.053 25.053 24.988 24.988 24.987 25.041 25.039 25.05 25.049 25.064 25.0312 Suma Media Desviación estándar

(x - 𝒙  )2

0.0218 0.0218 -0.0432 -0.0432 -0.0442 0.0098 0.0078 0.0188 0.0178 0.0328

0.00047524 0.00047524 0.00186624 0.00186624 0.00195364 9.604E-05 6.084E-05 0.00035344 0.00031684 0.00107584 0.0085396 0.000948844 0.030803319

Cabe decir que esta es la desviación estándar de la masa corregida, para calcular la desviación estándar de el volumen, se siguen los mismos pasos y se obtiene lo siguiente: Tabla 9: Desviación estándar del volumen

Desviación estándar Volumen (mL) "x" (x -  x - 𝒙 𝒙)2 25.15 25.15 25.09 25.09 25.09 25.14 25.14 25.15 25.15 25.16

0.019 0.019 -0.041 -0.041 -0.041 0.009 0.009 0.019 0.019 0.029

0.000361 0.000361 0.001681 0.001681 0.001681 0.000081 0.000081 0.000361 0.000361 0.000841

Promedio "𝒙 "

25.131 Suma Media Desviación estándar

0.00749 0.000832222 0.028848262

Cuestionario 1. ¿Por qué es tan importante realizar las correcciones de masa después de una medición en la balanza analítica? Para garantizar un experimento o una práctica con resultados exactos y confiables, sin embargo, existen factores que llegan afectar el pesaje de nuestras muestras que llegan alteran el resultado de nuestro experimento, por esta razón es importante hacer las correcciones de masa. 2. ¿Qué importancia tiene obtener el volumen del agua? Para tener una mejor precisión en la medida ya que gracias a ello podemos realizar el procedimiento del error relativo, desde nuestro punto de vista es más fácil comparar el volumen real o teórico. 3. ¿Es conveniente acompañar a los datos obtenidos de las mediciones reportando el error relativo? ¿Por qué? Antes que nada, debemos tomar en cuenta que el error relativo tiene la misión de servir de indicador de la calidad de la medida y se considera que un experimento tiene mayor calidad cuando su error relativo es muy pequeño [5], por lo que si es conveniente acompañar los datos obtenidos reportando su error relativo. 4. ¿Cuál es la fórmula utilizada para calcular el error relativo? 𝑋𝑖 − 𝑋𝑡 × 100% 𝐸𝑟 = 𝑋𝑡 Donde: Xi= es el valor experimental Xt=Valor teórico Er= error relativo 5. ¿Por qué se toma el valor de 25 mL para calcular el error relativo? Porque al inicio de la práctica nos dice que el matraz tiene un volumen de 25 mL, es decir, es su valor real o mejor dicho es la medida conocida con la cual podemos realizar las mediciones para comparar valores y conocer el margen de error. 7. CONCLUSIONES Podemos concluir diciendo que la balanza analítica se ocupa principalmente para el análisis químico debido a que esta permite pesar masas inferiores a 200g con una sensibilidad de 0,1mg y en algunos casos 0,01mg, es decir, tiene la capacidad de pesar sustancias obteniendo valores de hasta la cuarta o quinta cifra decimal de estos. Otra característica importante de este tipo de balanzas es su precisión, que consiste en la capacidad de dar el mismo valor todas las veces que un mismo objeto sea pesado.

La importancia de la balanza analítica radica en que este instrumento se utiliza en lugares donde determinar el peso de una sustancia o compuesto es de gran importancia, como resulta en los laboratorios este instrumento de medición resulta indispensable debido a la parte de los resultados analíticos que se buscan en la realización de un determinado estudio, análisis o experimento. La balanza analítica presenta una gran variedad de modelos modernos que contribuyen al fin que se quiere perseguir: el de la obtención de resultados sumamente precisos. Con esta investigación se logró entender el funcionamiento y los puntos importantes de este instrumento como por ejemplo sus partes y características, su manejo, su condición ambiental, entre otros; la importancia que tiene la balanza analítica la podemos observar por medio de la práctica. 8. REFERENCIAS [1] Balanza analitica. (2020, invierno). https://www.cromtek.cl/balanzas-analiticas/. Recuperado 30 de enero de 2022, de https://www.cromtek.cl/balanzas-analiticas/ [2] Balanza analitica. (2016, 16 junio). http://equiiposdelaboratorio.blogspot.com/2016/05/partes-de-labalanza-analitica.html. Recuperado 30 de enero de 2022, de http://equiiposdelaboratorio.blogspot.com/2016/05/partes-de-la-balanza-analitica.html [3] ¿Sabes como funciona una balanza analítica? (s.f.). Kalstein. Recuperado 29 de enero de 2022, de https://kalstein.eu/a267/%C2%BFSabes-como-funciona-una-balanza-analitica/article_info.html [4] Operaciones Bassicas en el Laboratorio de Quimica. (s. f.). Recuperado 30 de enero de 2022, de http://www.ub.edu/oblq/oblq%20castellano/pesada.html [5] Fernandez, J. (s. f.). Errores Absolutos y Relativos. FISICALAB. Recuperado 29 de enero de 2022, de https://www.fisicalab.com/apartado/errores-absoluto-relativos...