Balanza Y Calibracion

En química analítica se requieren mediciones para obtener los datos. En todo el texto se habla de equipo e instrumentos analíticos específicos disponibles para el analista, y su relación con técnicas específicas de medición. En este capítulo se describen las herramien-tas más comunes para la mayor parte de los análisis, las cuales serán necesarias para llevar a cabo los experimentos, como la balanza analítica y el material de vidrio volumétrico; los hornos de secado y los filtros. La explicación detallada de la manipulación física y el uso de este equipo la puede hacer mejor el instructor de laboratorio, donde el estudiante puede ver y practicar con equipo real, en especial porque tanto el equipo como su operación varían de un laboratorio a otro. En el texto se mencionan algunos de los procedimientos generales de la buena técnica de laboratorio.

2.1 Cuaderno de anotaciones del laboratorio:el registro crítico

El lector debe darse cuenta que en el laboratorio analítico, más que en ninguna otra parte, la limpieza y el orden son de suma importancia. Esto también se aplica para el cuaderno de anotaciones. En cuanto se obtengan los datos se deben registrar en forma permanente con tinta. Cuando se entre al laboratorio analítico se advertirá la ventaja de este ordena-miento. Antes que nada, hay un ahorro de tiempo al no tener que reorganizar ni volver a escribir los datos. Quizá también haya ahorro adicional de tiempo si el analista se ha acostumbrado a estar mejor organizado para llevar a cabo las operaciones del análisis y escribir los datos en forma ordenada. Los riesgos de error se reducen. Además, si se efec-túa un registro inmediato se podrán detectar posibles errores en las mediciones o los cálcu-

Capítulo dosHERRAMIENTAS Y OPERACIONES BÁSICAS DE LA QUÍMICA ANALÍTICA

“Primero obtén los datos, luego modifícalos como te plazca.”—Mark Twain

20

Leer este capítulo antes de reali-zar experimentos.

Un buen registro de laboratorio ayudará a asegurar análisis con-fiables.

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2.1 CUADERNO DE ANOTACIONES DEL LABORATORIO: EL REGISTRO CRÍTICO 21

los; los datos no se perderán ni se transferirán en forma incorrecta si se registran directo en el cuaderno de anotaciones en vez de anotarlos en hojas sueltas.

Es de especial importancia para el químico analítico en la práctica y para aplicacio-nes en el trabajo el uso del cuaderno de registro del laboratorio para anotar directamente observaciones y mediciones. Es esencial la documentación completa para laboratorios forenses o industriales, para consideraciones legales o de patente. En los laboratorios de investigación industrial, el cuaderno de anotaciones por lo general debe ser firmado (tes-tificado) y fechado por otra persona familiarizada con el trabajo, para asegurar la prioridad legal de patente, si es aplicable.

A continuación se ilustra un ejemplo de una hoja de registro bien efectuada, con datos correctamente registrados, para el análisis volumétrico en el laboratorio de una mues-tra de carbonato de sodio:

Fecha: 7 de septiembre de 2003Análisis de una muestra de carbonato de sodio comercialPrincipio: El carbonato se disuelve en agua y se titula hasta el punto de equivalencia con verde de bromocresol usando ácido clorhídrico estándar. El ácido clorhídrico se estandariza contra carbonato de sodio como estándar primario. Se pesa el carbonato de sodio y la muestra comercial por diferencia.Referencia: Experimento 7

Reacción de titulación: CO32� � 2H� � H2CO3

Estandarización

M (HCl) � mg Na2CO3

��f wt Na2CO3 (mg/mmol) � �

12� (mmol Na2CO3/mmol HCl) � mL HCl

� mg Na2CO3

��105.99 (mg/mmol) � �

12� � mL HCl

#1 #2 #3Frasco � muestra 24.2689 g 24.0522 g 23.8597 gMenos muestra 24.0522 g 23.8597 g 23.6269 g

g Na2CO3 0.2167 g 0.1925 g 0.2328 gmg Na2CO3 216.7 mg 192.5 mg 232.8 mgLectura de la bureta 40.26 mL 35.68 mL 43.29 mLLectura inicial 0.03 mL 0.00 mL 0.02 mL

Volumen neto 40.23 mL 35.68 mL 43.27 mL

Molaridad: 0.10164 M 0.10180 M 0.10152 MPromedio: 0.10165

Desv. estándar: 1.6 partes en 1012

Intervalo: 2.8 partes en 1012

Carbonato de sodio anhidro comercial

% Na2CO3 � M � mL � f wt Na2CO3 � �

12� (mmol Na2CO3/mmol HCl)

��mg muestra

� 100

� 0.10165 (mmol/mL) � mL � 105.99 (mg/mmol) � �

12�

��mg muestra

� 100

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22 CAPÍTULO 2 HERRAMIENTAS Y OPERACIONES BÁSICAS DE LA QUÍMICA ANALÍTICA

El ejemplo anterior es una versión abreviada en la que se omiten el cálculo completo y las operaciones numéricas. Para mantener un registro completo se deberán incluir en el cuaderno de anotaciones las operaciones de cálculo para rastrear posteriormente un error, si fuese necesario.

Más que llenar todo el espacio del cuaderno de anotaciones del laboratorio, se reco-mienda dejar páginas alternas para notas informales (por ejemplo, la página izquierda, dejando la derecha para el resumen de datos). También es importante registrar los datos con el número correcto de cifras significativas. Las cifras significativas se explican en el capítulo 3, y se debe revisar este material antes de comenzar a trabajar en el laboratorio.

Frasco � muestra 25.6728 g 25.4673 g 25.2371 gMenos muestra 25.4673 g 25.2371 g 25.0027 g

g muestra 0.2055 g 0.2302 g 0.2344 gmg muestra 205.5 mg 230.2 mg 234.4 mgLectura de bureta 35.67 mL 40.00 mL 40.70 mLLectura inicial 0.00 mL 0.01 mL 0.05 mL

Volumen neto 35.67 mL 39.99 mL 40.65 mL% Na2CO3 93.50% 93.58% 93.42%Media: 93.50Desv. estándar: 0.9 partes por 1012

Intervalo: 1.7 partes por 1012

Es importante el número co-rrecto de cifras significativas en las mediciones y los cálculos para dar a un análisis su inter-pretación correcta. Véase capí-tulo 3.

Documentación del cuaderno de anotaciones del laboratorioEl cuaderno de anotaciones del laboratorio es un registro del trabajo del químico analista. Se documenta todo lo que hace el analista. Es la fuente de datos, publica-ciones e informes reglamentarios. El éxito o fracaso del producto o servicio de una empresa puede depender de qué tan bien se organice esta documentación. El cuaderno de anotaciones se convierte en un documento legal para asuntos de patentes, de normas oficiales (validación, inspecciones, acciones legales) y temas parecidos. Re-cuérdese que “si no está escrito, no se hizo”. En el cuaderno de anotaciones es donde se registran las ideas originales que pueden constituir la base de una patente y, por tanto, es importante registrar qué había en esas ideas y cuándo. ¿Cuáles son las características de un cuaderno de anotaciones bien manejado? Varían con las preferencias individuales; pero aquí se presentan algunas buenas re-glas:

● Usar un cuaderno de cubierta dura (no de hojas sueltas).

● Numerar consecutivamente las páginas.● Anotar sólo con tinta.● Nunca arrancar hojas; si no se usan páginas, cruzarlas con una línea.● Fechar cada página, firmarla y pedir que la firme y feche (quizás un poco

después) alguien más, declarando “Leído y entendido por _______”.● Registrar el nombre del proyecto, por qué se está realizando y las referencias

bibliográficas, si las hay.● Registrar todos los datos el mismo día que se obtengan.

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Un comentario acerca de cuadernos electrónicos. El software de los instrumentos modernos permite al analista recabar, almacenar y procesar datos directamente de la señal del instrumento con base en una calibración correcta. Es importante que el software y la calibración estén validados, así como el resto del análisis, como parte de una buena prác-tica de laboratorio, lo cual se analiza en el capítulo 4.

2.2 Materiales y reactivos de laboratorioLa tabla 2.1 contiene una lista de los materiales que se usan en la fabricación de aparatos comunes de laboratorio. El vidrio de borosilicato (marcas Pyrex, Kimax) es el material más comúnmente usado para utensilios de laboratorio, como vasos de precipitados, matra-ces, pipetas y buretas. Es estable para soluciones calientes y para cambios rápidos de

Tabla 2.1Propiedades de los materiales de laboratorio

Temperatura máxima Sensibilidad de trabajo al choqueMaterial (�C) térmico Inactividad química Notas

Vidrio de 200 Cambio de 150�C Lo afectan ligeramente las Marcas registradas: Pyrex borosilicato sin problemas soluciones alcalinas al calentar (Corning Glass Works); Kimax

(Owens-Illinois)Vidrio suave Pobre Lo afectan las soluciones alcalinas Libre de boro. Marca registrada: Vidrio resistente Más sensible Corning al álcali que el borosilicatoVidrio de cuarzo 1 050 Excelente Resistente a la mayor parte de Crisoles de cuarzo usados para los ácidos y halógenos fusionesVidrio de alta 1 000 Excelente Más resistente a los álcalis Similar al vidrio de cuarzo sílice que el de borosilicato Marca registrada: Vycor (Corning)Porcelana 1 100 (vidriado) Bueno Excelente 1 400 (sin vidriar)Platino ca. 1 500 Resistente a la mayor parte de los Por lo regular aleado con iridio o ácidos y sales fundidas. Lo rodio para aumentar la dureza. afecta el agua regia, los nitratos Crisoles de platino para fundidos, cianuros y cloruros fusiones y tratamiento con HF a >1 000�C. Aleaciones con oro, plata y otros metalesNíquel y Las muestras fundidas se contaminan Crisoles de Ni y Fe usados para hierro con el metal fusiones con peróxidoAcero inoxidable 400-500 Excelente No lo atacan los álcalis ni los ácidos, salvo el HCl concentrado, el H2SO4

diluido y el HNO3 concentrado en ebulliciónPolietileno 115 No lo atacan las soluciones alcalinas Plástico flexible ni el HF. Lo atacan la mayor parte de los disolventes orgánicos (acetona y etanol pasan la prueba)Poliestireno 70 No lo ataca el HF. Lo atacan muchos Algo quebradizo disolventes orgánicosTeflón 250 Inerte a la mayor parte de Útil para almacenamiento de productos químicos soluciones y reactivos para análisis de metales traza. Crisoles de cuarzo usados para fusiones

2.2 MATERIALES Y REACTIVOS DE LABORATORIO 23

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temperatura. Para más aplicaciones específicas hay otros materiales que pueden tener ven-tajas con respecto a la resistencia química, estabilidad térmica y otras.

Los diferentes grados de productos químicos se encuentran en la lista de la guarda posterior del libro. En general, sólo se deben usar los reactivos grado reactivo de la Ame-rican Chemical Society (ACS) o estándares primarios.

La American Chemical Society publica un compendio de pruebas para evaluar la pureza y calidad de los productos químicos básicos de laboratorio. Los reactivos que no hacen referencia a la ACS cumplen con las especificaciones del propio fabricante de los reactivos, las cuales varían entre los diversos proveedores.

Los productos químicos grado reactivo, además de cumplir con los requisitos míni-mos de pureza, se pueden suministrar con un informe del análisis de impurezas (impreso en la etiqueta). Los productos químicos de estándar primario por lo general tienen una pureza mínima de 99.95%. Se analizan y se imprimen los resultados en la etiqueta. Son más costosos que los productos químicos grado reactivo y se usan sólo para preparar so-luciones estándar o para la estandarización de una solución por reacción (titulación). No todos los productos químicos están disponibles en grado de estándar primario. Hay grados especiales de disolventes para propósitos especiales; por ejemplo, grados espectrales o cromatográficos. Éstos se purifican en forma específica para remover impurezas que po-drían interferir en la aplicación de que se trata. Del mismo modo, hay ácidos analizados para contenido de metales traza que se refinan especialmente y se prueban en mayor de-talle para detectar trazas de impurezas elementales, por lo general en el intervalo de partes por 109 (ppb o partes por billón, según el sistema estadounidense).

Además de los productores comerciales, el National Institute of Standards and Te-chnology suministra productos químicos grado estándar primario. La Special Publication 260 del NIST cataloga materiales de referencia estándar. (Véase http://ts.nist.gov/ts/htdocs/230/232/232.htm para información acerca del programa SRM y la lista de estánda-res de referencia.) Los estándares de referencia son materiales complejos, como aleaciones que han sido cuidadosamente analizadas para determinar los ingredientes, y se usan para verificar o calibrar un procedimiento analítico.

Las concentraciones de ácidos y bases comercialmente disponibles se ubican en la lista de la parte interior de la guarda posterior.

2.3 La balanza analítica: herramienta indispensableRegistrar el peso es una parte necesaria para casi cualquier análisis, tanto para medir la muestra como para preparar soluciones estándar. En química analítica se manejan pesos más bien pequeños, en el orden de unos pocos gramos hasta unos pocos miligramos o menos. Las pesadas estándar de laboratorio se hacen por lo general con tres o cuatro cifras significativas y, por tanto, el dispositivo para pesar debe ser exacto y sensible. Hay diver-sas maneras complejas de lograr estos objetivos, pero el dispositivo más útil y versátil es la balanza analítica.

La mayor parte de las balanzas analíticas que se usan actualmente son electrónicas. Sin embargo, todavía se emplea la balanza mecánica de un solo platillo, por lo cual se describirá su operación. Ambos tipos se basan en la comparación de un peso contra otro (la electrónica para calibración) y tienen en común factores como el ajuste del punto cero y la amortiguación por aire. En realidad se manejan masas, más que pesos. El peso de un objeto es la fuerza que ejerce sobre él la atracción gravitacional. Esta fuerza será diferente en distintos lugares de la Tierra. Por otra parte, la masa es la cantidad de materia de la que está hecho el objeto, y es invariable.

BALANZAS ELECTRÓNICAS: LAS MÁS CONVENIENTESLas modernas balanzas electrónicas ofrecen comodidad en la pesada y presentan menos errores y fallas mecánicas que las balanzas mecánicas. Se eliminan las operaciones de ajustar

En análisis, casi siempre se usan productos químicos grado reac-tivo. Los estándares primarios se usan para preparar soluciones volumétricas estándar.

La balanza mide la masa.

Es más conveniente usar balan-zas electrónicas.

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pesos, girar y leer micrómetros, y detener brazo y platillos, necesarias en las balanzas mecá-nicas; esto acelera en forma notable la medición. La figura 2.1 muestra una balanza electró-nica con carátula digital, y la figura 2.2 ilustra el principio operativo de la balanza electrónica. No hay pesas ni cuchillas como en las balanzas mecánicas. El platillo se asienta sobre el brazo de un suspensor móvil (2), y este sistema móvil está compensado por una fuerza elec-tromagnética constante. La posición del suspensor es monitoreada por un escaneador eléctrico de posición (1), que devuelve el sistema de pesado a la posición cero. La corriente de com-pensación es proporcional al peso colocado sobre el platillo. Esta corriente se envía en forma digital a un microprocesador que la convierte en el correspondiente valor de peso que aparece en la pantalla digital. El peso del contenedor se puede restar automáticamente.

Estas balanzas usan el principio de compensación de fuerza electromagnética, descrito por primera vez por Angstrom en 1895, pero todavía usan el principio de comparación de un peso con otro. La balanza se “pone en cero” o se calibra mediante un peso conocido. Cuando se coloca la muestra en el platillo, su peso se compara electrónicamente con el conocido. Ésta es una forma de autocalibración. Las balanzas modernas pueden tener características como compensación por desviaciones del cero verdadero y promedio de las variaciones debidas a vibraciones del edificio.

Se usa una sola barra de control para encender y apagar la balanza, para poner la carátula en cero y para tarar automáticamente un contenedor sobre el platillo. Como los

Figura 2.1. Balanza analítica electrónica. (Cortesía de Denver Instrument Co. Las imágenes son propiedad de Denver Instrument Company.)

3

2

4

1

Figura 2.2. Principio de operación de la balanza electrónica: 1) escaneador de po-sición; 2) suspensor; 3) bobina; 4) sensor de temperatura. (Según K.M. Lang, Ame-rican Laboratory, marzo 1983, p. 72. Re-producción autorizada por American Laboratory, Inc.)

2.3 LA BALANZA ANALÍTICA: HERRAMIENTA INDISPENSABLE 25

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resultados están disponibles como señal eléctrica se pueden procesar fácilmente mediante una computadora personal y almacenarse. Se pueden calcular automáticamente estadísticas de pesadas.

Las balanzas analíticas electrónicas se pueden adquirir con diferentes capacidades de pesado y con distintas legibilidades. Una macrobalanza tiene una capacidad promedio de 160 g, legible hasta 0.1 mg, y una semimicrobalanza tiene una capacidad promedio de al-rededor de 30 g, legible hasta 0.01 mg. Las microbalanzas pesan hasta 1 �g y hay dispo-nibles ultramicrobalanzas sensibles a 0.1 �g o menos.

¡Hay disponibles balanzas electroquímicas de cuarzo con capacidad de 100 �g que pueden detectar cambios de 1 ng (10�9 g)! La balanza utiliza un disco delgado de cristal de cuarzo que oscila, por ejemplo, a 10 MHz. La frecuencia de oscilación cambia con cualquier cambio en la masa, y el cambio de frecuencia medido por el instrumento se convierte en unidades de masa. Una película de oro se evapora sobre cuarzo, y el sustrato de oro se puede cubrir con el material que interese. Se pueden medir cambios de masa tan pequeños como un reducido porcentaje de un recubrimiento de monopelícula de átomos o moléculas sobre la superficie de oro. Se pueden registrar cambios de masa con respecto al tiempo.

BALANZA MECÁNICA DE UN SOLO PLATILLO

La balanza mecánica analítica es una palanca de primera clase que compara dos masas. La figura 2.3 ilustra una de estas balanzas. El fulcro A está entre los puntos de aplicación de las fuerzas B y C. El término M1 representa la masa desconocida, y M2 una masa conocida. El principio de operación se basa en el hecho de que, en el equilibrio, M1L1 � M2L2. Si L1 y L2 se construyen para ser tan iguales como sea posible, entonces en el equilibrio, M1 � M2. Se coloca entonces en el brazo de la balanza un fiel que apunta hacia una escala para indicar cuándo se ha alcanzado el estado de equilibrio. El operador ajusta el valor de M2 hasta que el fiel regresa a su posición original en la escala cuando la balanza no se en-cuentra cargada. Aunque la masa está determinada, la relación de masas es la misma que la relación de pesos cuando se usa una balanza de brazos iguales; por esto se acostumbra usar el término peso en vez de masa, y así se dice que el operador está pesando. Las masas conocidas se llaman pesas estándar.

La mayor parte de las pesadas analíticas con balanzas mecánicas se hacen con una balanza de un solo platillo. La figura 2.4 muestra un diagrama esquemático de una balanza mecánica común de un solo platillo (véase más adelante la descripción de las balanzas electrónicas modernas).

Una palanca (asimétrica) de primera clase tiene como pivote un fulcro o el filo de una cuchilla y el platillo está en un extremo, sobre el cual se coloca el objeto. Sin embargo, no hay platillo en el otro extremo para colocar pesas. Cuando la balanza no está en uso, hay una serie de pesas que totalizan 160 a 200 g en el lado del platillo del brazo. Estas pesas son contrabalanceadas por una sola pesa al otro lado del brazo, que también actúa como parte de un pistón de amortiguamiento. Cuando se coloca un objeto en el platillo se quitan pesas individuales de este lado del brazo para restaurar el equilibrio. Esto se logra mediante perillas al frente de la balanza que levantan las pesas o combinaciones de pesas del brazo. Así, las pesas nunca se tocan con la mano. Estas pesas levantadas serán iguales al peso del objeto que está sobre el platillo.

En realidad, el brazo no se pone completamente en equilibrio, pero las pesas se quitan sólo hasta el gramo entero o 0.1 g más próximo, dependiendo de la balanza. El

L1

M1

B CL2

A

M2

Figura 2.3. Principio de la balanza analítica.

Las balanzas mecánicas están siendo reemplazadas por balan-zas electrónicas, pero todavía hay muchas en uso (y son exce-lentes balanzas), por lo cual se describen aquí.

Método de pesada de cerdos de Burns: “1) Se consigue una ta-bla perfectamente recta y se equilibra colocándola sobre un burro de los que se usan para cortar madera; 2) se coloca al cerdo en un extremo de la tabla; 3) se apilan rocas sobre el otro extremo hasta que la tabla quede de nuevo perfectamente equilibrada; 4) se calcula cuida-dosamente el peso de las rocas.” —Robert Burns.

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desequilibrio del brazo se registra en forma óptica y automáticamente en una escala vernier mediante un rayo luminoso que refleja una escala óptica grabada en el brazo. En esta escala se leen los últimos dígitos (cerca de 0.1 mg). Asimismo, el desequilibrio se puede leer en un contador digital.

La lectura o posición original sin carga se llama punto cero, y la posición bajo carga se llama punto de reposo. En operación, el punto de reposo se hace coincidir con el punto cero. El punto cero por lo general se ajusta para que marque cero ajustando el vernier mediante una perilla.

Las balanzas de un solo platillo están bajo carga constante de 160 o 200 g, caracte-rística necesaria porque no regresan a un estado de equilibrio. La sensibilidad de la balanza varía con la carga porque está dominada por el centro de gravedad del brazo; el brazo se flexiona ligeramente bajo la carga, ocasionando un cambio en el centro de gravedad y en la sensibilidad. La calibración del vernier o de la carátula digital de una balanza de un solo platillo para leer la cantidad de desequilibrio se realiza con una sensibilidad dada; es decir, a una carga dada. Por tanto, la carga debe permanecer constante.

Todas las pesas de una balanza de un solo platillo están ocultas y se quitan por me-dio de perillas de control al frente de la balanza: una para las décimas (por ejemplo, 10 a 90 g); una para las unidades (1 a 9 g) y, si es aplicable, una para unidades de 0.1 (0.1 a 0.9 g): las pesas que se quitan se registran en un contador al frente de la balanza. El brazo se pone rápidamente en reposo mediante un amortiguador de pistón de aire.

Se debe tener cuidado de no dañar los fulcros en tanto la balanza no esté en operación y mientras se colocan o se quitan objetos del platillo. Se usa una perilla de frenado del brazo de tres posiciones para proteger los fulcros y el brazo. La posición central frena el platillo y el brazo; una segunda posición libera parcialmente el platillo, para usarse mien-tras se encuentra el peso aproximado del objeto sobre el platillo, y una tercera posición libera por completo el platillo para permitir que la balanza se ponga en reposo.

La figura 2.5 es una balanza común de un solo platillo. Las pesadas se pueden hacer en menos de un minuto con estas balanzas.

Fulcros

Pesas

Perillas de controlde pesas

Escala ópticagrabada

Contrapeso deamortiguamiento

Platillo

Liberador delfreno de platillo Figura 2.4. Diagrama esquemático

de una balanza típica de un solo platillo.

Figura 2.5. Balanza común de un solo platillo. (Cortesía de Arthur H. Thomas Company.)

Verificar siempre el punto cero antes de hacer pesadas.


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BALANZAS SEMIMICRO Y MICRO

Hasta aquí, la explicación se ha limitado a balanzas convencionales macro o analíticas. Éstas realizan pesadas cercanas a 0.1 mg, y pueden manejar cargas hasta de 100 o 200 g, lo cual es satisfactorio para la mayor parte de pesadas analíticas de rutina. Todas las clases de balanzas descritas se pueden hacer más sensibles cambiando los parámetros que afectan la sensibilidad, por ejemplo disminuyendo la masa del brazo y los platillos; aumentando la longitud del brazo y cambiando el centro de gravedad del brazo. Se puede usar material más ligero para el brazo, ya que no necesita ser tan robusto como el brazo de una balanza convencional.

La semimicrobalanza es sensible a alrededor de 0.01 mg, y la microbalanza es sen-sible a alrededor de 0.001 mg (1 �g). Por tanto, los límites de carga de estas balanzas son menores que el de la balanza convencional y se debe tener más cuidado en su uso.

DESVIACIÓN DEL PUNTO CERO

El punto cero de una balanza no es una constante que se pueda determinar o ajustar y olvidar. Se desviará por diversas razones que incluyen cambios de temperatura, humedad y electricidad estática. Por tanto, se debe verificar el punto cero por lo menos una vez cada media hora durante el periodo de uso de la balanza.

PESAJE EN VACÍO: EL MÁS EXACTO

Las pesadas que se hacen en una balanza darán, desde luego, el peso en el aire. Cuando un objeto desplaza en el aire su volumen sufre un empuje de flotación igual al peso del aire que desplaza (principio de Arquímedes: véase en el recuadro del capítulo 1 cómo se originó la química analítica). La densidad del aire es 0.0012 g (1.2 mg) por mililitro. Si la densidad de las pesas y la densidad del objeto que se pesa son iguales, entonces sufrirán un empuje de flotación igual, y el peso registrado será igual al peso en el vacío, donde no hay flotación. Si las densidades son notablemente diferentes, las diferencias en empujes de flotación producirán un pequeño error en la pesada: uno flotará más que el otro, y esto dará como resultado un desequilibrio. Tal situación se da cuando se pesan objetos muy densos [por ejemplo, recipientes de platino (densidad � 21.4) o mercurio (densidad � 13.6)] o bien objetos ligeros y voluminosos [por ejemplo agua (densidad � 1)]; y en un trabajo cuidadoso se debe hacer una corrección de este error. Para comparar, la densidad de las pesas que se usan en las balanzas es alrededor de 8. Véase la referen-cia 14 para correcciones por empuje de flotación en aire con una balanza de un solo platillo (la referencia 10 describe la calibración de las pesas en una balanza de un so-lo platillo).

En realidad, en la mayor parte de los casos no es necesaria la corrección porque el error que se produce por la flotación se cancela en los cálculos de composición porcentual. El mismo error ocurrirá en el numerador (como la concentración de una solución estándar o el peso de un precipitado gravimétrico) y en el denominador (como el peso de la mues-tra). Desde luego, todas las pesadas se deben hacer con los materiales en el mismo tipo de recipiente (la misma densidad) para conservar constante el error.

Un ejemplo de uso de la corrección en vacío es la calibración de equipo de vidrio de laboratorio. Se mide la masa de agua o mercurio vertida en estos equipos; a partir del conocimiento de la densidad del líquido a la temperatura especificada se puede calcular su volumen por la masa. Incluso en estos casos, la corrección por flotación es de sólo una parte por mil. Para la mayoría de los objetos que se pesan, los errores por flotación se pueden ignorar. Los manuales contienen tablas para convertir peso de agua o de mercurio en el aire a volumen a diferentes temperaturas, usando pesas de latón.

¡Un objeto con un volumen de 1 mL experimenta una fuerza de flotación de 1.2 mg!

La mayor parte de las pesadas cuantitativas se hacen a 0.1 mg.

El empuje de flotación del reci-piente de pesaje se descarta, ya que el peso se resta.

Las correcciones por flotación por lo regular son importantes para la calibración del material de vidrio de laboratorio.

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Los pesos de objetos en el aire se pueden corregir a peso en el vacío mediante

Wvac � Wair � Wair � 0.0012�

Do �

0.0012�

Dw� (2.1)

donde Wvac � peso en el vacío, g Wair � peso observado en el aire, g Do � densidad del objeto Dw � densidad de las pesas 0.0012 � densidad del aire

La densidad de las pesas de latón es 8.4, y la de las pesas de acero inoxidable es 7.8. Un cálculo con agua como el objeto basta para convencerse de que, incluso en este caso, la corrección será de sólo una parte por mil.

Ejemplo 2.1Una manera cómoda de calibrar pipetas es pesar el agua medida por ellas. A partir de la densidad del agua a la temperatura dada se puede calcular el volumen vertido. Supóngase que se debe calibrar una pipeta de 20 mL. Un frasco vacío tapado pesa 29.278 g. Se vierte agua en él con la pipeta, y ahora pesa 49.272 g. Si se usan pesas de latón, ¿cuál es el peso del agua vertida corregida a peso en el vacío?

SoluciónEl aumento en peso es el peso del agua en el aire:

49.272 � 29.278 � 19.994 g

La densidad del agua es 1.0 g/mL (a 2 cifras significativas de 10 a 30�C; véase la tabla 2.4). Por tanto,

Wvac � 19.994 � 19.994 � 0.0012�

1.0 �

0.0012�

8.4 � � 20.015 g

Ejemplo 2.2Recalcular el peso del agua vertida por la pipeta en el ejemplo 2.1 usando pesas de acero inoxidable con densidad de 7.8 g/cm3.

SoluciónNo redondear sino hasta el final del cálculo. Se obtiene entonces el mismo valor:

Wvac � 19.994 � 19.994 � 0.0012�

1.0 �

0.0012�

7.8 � � 20.015 g

Esto ilustra que las correcciones por flotación de la tabla 2.4 son válidas para cualquier tipo de pesa.

La misma corrección por flota-ción se aplica para las balanzas mecánicas y electrónicas (que están calibradas con pesas de densidad conocida).


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FUENTES DE ERROR EN LA PESADA

Se han mencionado diversas fuentes posibles de error, como la desviación del punto cero, las pesas y el empuje de flotación. El cambio en la temperatura ambiente o la temperatura del objeto que se pesa tal vez sea la mayor fuente de error, ocasionando una desviación en el punto cero o en el punto de reposo debida a convecciones de las corrientes de aire. Los objetos calientes o fríos se deben poner a temperatura ambiente antes de pesarse. Las muestras higroscópicas pueden absorber humedad; se deben evitar al máximo las atmós-feras de humedad notablemente alta y la exposición al aire antes y durante la pesada.

REGLAS GENERALES PARA EL PESAJE

Se ha visto que hay diversos tipos de balanzas, y que su operación será diferente según el fabricante. La operación específica de una balanza dada la explicará el instructor. Los principales objetivos son: 1) proteger los fulcros; 2) proteger todas las partes contra el polvo y la corrosión; 3) evitar la contaminación o cambio en la carga (de la muestra o del reci-piente), y 4) evitar errores por corrientes de aire (convección de aire). En seguida se dan algunas reglas con las que el usuario debe familiarizarse antes de pesar con cualquier tipo de balanza analítica:

1. Nunca manejar con los dedos los objetos que se van a pesar. Se debe usar un trozo de papel limpio o pinzas.

2. Pesar a temperatura del laboratorio y evitar así corrientes de aire de convec-ción.

3. Nunca colocar productos químicos directo sobre el platillo; pesarlos en un reci-piente (pesafiltros, plato de pesada), o en papel para polvos. Siempre retirar de inmediato las sustancias que se derramen, usando una escobilla suave.

4. Siempre cerrar la puerta de la caja de la balanza antes de hacer la pesada. Las corrientes de aire desestabilizan la balanza.

5. Si se usa balanza mecánica, nunca colocar objetos ni pesas sobre los platillos ni quitarlos sin asegurar el freno de brazo y el freno de platillo.

Figura 2.6. Botellas de pe-sado.

PESAJE DE SÓLIDOS

Los materiales químicos sólidos (no metálicos) normalmente se pesan y se secan en un pesafiltros. La figura 2.6 muestra algunos de ellos. Tienen bocas y tapones de vidrio esmerilado de conicidad estándar, y las muestras higroscópicas (que absorben agua del aire) es posible pesarlas con el frasco tapado herméticamente. Las pesadas de réplica se pueden realizar en forma más conveniente por diferencia, por lo menos con las balanzas mecánicas más lentas. Con balanzas electrónicas no se ahorra mucho tiempo. La muestra en el pesafiltros se pesa y luego se retira una porción de muestra (por ejemplo, con peque-ños golpes) y se transfiere cuantitativamente a un recipiente apropiado para la disolución de la muestra. El pesafiltros y la muestra se vuelven a pesar, y a partir de la diferencia en peso, se calcula el peso de la muestra retirada. Se quita la siguiente muestra y se repite la pesada para calcular su peso por diferencia, y así sucesivamente. Esto se ilustra bajo el título de “El cuaderno de anotaciones del laboratorio” para el experimento de carbonato de sodio comercial.

Es evidente que por esta técnica sólo se requiere un promedio de una pesada por cada muestra, más una pesada adicional para la primera. Sin embargo, cada peso representa la diferencia entre dos pesadas, de modo que el error experimental total está dado por el

¡Aprenda estas reglas!

Para muestras higroscópicas es necesario pesar por diferencia.

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error combinado de ambas pesadas. El pesaje por diferencia con el frasco tapado se debe usar si la muestra es higroscópica o si por cualquier razón no se puede exponer a la at-mósfera antes de la pesada. Si no hay peligro por exposición atmosférica, no es necesario tapar el frasco.

Para el pesado directo se usa un plato de pesar (figura 2.7), o bien papel de pesar o una navecilla de pesar de plástico. El plato, el papel o la navecilla se pesan vacíos y luego con la muestra. Esto necesita dos pesadas para cada muestra. La muestra pesada se transfiere con la ayuda de un pincel de pelo de camello después de dar unos golpecitos al recipiente que se usó para pesar. La pesada directa sólo es satisfactoria si la muestra no es higroscópica.

Para pesadas muy cuidadosas (por ejemplo, con exactitud de unas pocas décimas de miligramo) se debe tener cuidado de no contaminar el recipiente de pesado con material extraño que pudiera afectar el peso. Se debe tener especial cuidado de no dejar sudor de las manos en el recipiente, porque esto podría alterar bastante la exactitud del peso. Es mejor manejar el recipiente con un trozo de papel. Las muestras sólidas a menudo se deben secar hasta peso constante. Siempre se dejará que las muestras adquieran la tempe-ratura del cuarto de balanza antes de pesar.

PESAJE DE LÍQUIDOS

El pesaje de líquidos normalmente se hace por pesada directa. El líquido se transfiere a un recipiente tarado (por ejemplo, un pesafiltros), que se tapa para evitar la evaporación durante la pesada, y luego se pesa. Si se pesa una muestra líquida por diferencia, extrayendo con pipeta una alícuota del pesafiltros, el interior de la pipeta se debe enjuagar varias veces después de la transferencia. Se debe tener cuidado de no perder muestra por la punta de la pipeta durante la transferencia.

TIPOS DE PESADA: ¿QUÉ EXACTITUD SE REQUIERE?

Hay dos tipos de pesada en química analítica: la aproximada y la exacta. Las pesadas aproximadas a dos o tres cifras significativas se usan normalmente cuando sólo es nece-sario saber con exactitud, dentro de un pequeño porcentaje, la cantidad de la sustancia que se va a pesar. Ejemplos de esto son los reactivos que se disuelven y más tarde se estanda-rizan contra un estándar conocido, o el cuarteo o división de reactivos que se han de secar y luego pesar con exactitud, o simplemente aquellos que se van a agregar directo para ajustar las condiciones de una solución. Es decir, sólo se requieren pesadas aproximadas cuando el peso no forma parte del cálculo en los resultados analíticos. No es necesario hacer pesadas aproximadas en balanzas analíticas; éstas se hacen en balanzas de triple brazo, de carga superior o de torsión.

Las pesadas exactas se reservan para obtener el peso de una muestra que se va a analizar, el peso del producto secado en los procedimientos gravimétricos o el peso de un reactivo secado que se usa como estándar en una determinación; estos pesos por lo gene-ral se deben conocer con cuatro cifras significativas para usarse en el cálculo del resultado analítico. Estas pesadas se hacen sólo en una balanza analítica, por lo regular hasta cerca de 0.1 mg. Rara vez se pesa una cantidad exacta predeterminada de reactivo (por ejemplo, 0.5000 g); más bien se pesa una cantidad aproximada (alrededor de 0.5 g), la cual se pesa con exactitud (por ejemplo, para dar 0.5129 g). Algunos productos químicos nunca se pesan en una balanza analítica. Los glóbulos de hidróxido de sodio, por ejemplo, son tan higroscópicos que absorben continuamente humedad. El peso de una cantidad dada de hidróxido de sodio no es reproducible (y su pureza no se conoce). Para obtener una solución de concentración conocida de hidróxido de sodio se pesa el hidróxido de sodio en una balanza ordinaria y se disuelve; luego se estandariza la solución contra una solución estándar de ácido.

Figura 2.7. Plato de pesar.

Sólo se tienen que hacer algunas pesadas en balanza analítica: las que forman parte de los cálculos cuantitativos.


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2.4 Cristalería volumétrica: también es indispensableAunque las mediciones exactas de volúmenes se pueden evitar en los métodos gravimé tricos de análisis, sí se requieren para casi cualquier otro tipo de análisis que utilice soluciones.

MATRACES VOLUMÉTRICOS

Los matraces volumétricos se usan para diluir una muestra o solución hasta cierto volumen. Vienen en varios tamaños, desde 2 L o más hasta 1 mL. La figura 2.8 muestra un matraz volumétrico común. Estos matraces están diseñados para contener un volumen exacto a la temperatura especificada (20 o 25�C) cuando la parte inferior del menisco (la curvatura cóncava de la superficie superior del agua en una columna, causada por la acción capilar; véase la figura 2.14) toca apenas la marca de “lleno” alrededor del cuello del matraz. El coeficiente de dilatación del vidrio es pequeño, y para las fluctuaciones de temperatura ambiente se puede considerar constante. Estos matraces están marcados con las siglas “TC” (to contain � capacidad). Otros recipientes menos exactos, como las probetas graduadas, también están marcados “TC”. Muchos de éstos traen una marca del fabricante para indi-car la incertidumbre de medición de recipiente; por ejemplo, un matraz volumétrico de 250 mL es “�0.24 mL”, equivalente a un margen de error de 0.1 por ciento.

Inicialmente se agrega una pequeña cantidad de diluyente (por lo regular agua des-tilada). Los reactivos nunca se deben añadir directo a una superficie seca de vidrio, ya que el vidrio es muy absorbente. Cuando se usa un matraz volumétrico, una solución se debe preparar por pasos. El reactivo deseado (ya sea sólido o líquido) se pone en el matraz y luego se agrega diluyente hasta llenar alrededor de dos tercios del matraz (teniendo cuidado de enjuagar cualquier reactivo que haya quedado en la junta de vidrio esmerilado). Es bueno agitar con movimiento giratorio el matraz con la solución antes de agregar más diluyente hasta el cuello del matraz, para realizar la mayor parte del mezclado (o disolución en el caso de un sólido). Finalmente, se añade diluyente hasta que la parte inferior del menisco esté nivelada con la parte media de la marca de calibración (a nivel del ojo). Si hay gotitas de agua en el cuello del frasco por encima del menisco se secan con un trozo de papel absorbente. También se seca la boca esmerilada para el tapón.

Por último, la solución se mezcla enérgicamente como sigue: se mantiene el tapón firmemente en su sitio usando el pulgar o la palma de la mano; se invierte el matraz y se hace girar o se sacude vigorosamente durante 5 a 10 s. Se coloca de nuevo boca arriba y se deja que la solución drene por el cuello del matraz. Se repite por lo menos 10 veces.

Nota: Si el volumen del líquido rebasa la marca de calibración, todavía es posible salvar la solución como sigue: se pega en el cuello del matraz una tira delgada de papel y se marca en ella con un lápiz afilado la posición del menisco, evitando error de paralaje. Después de quitar del matraz la solución perfectamente mezclada, se llena con agua el matraz hasta la marca de calibración. Luego, mediante una bureta o una pequeña pipeta graduada en volumen, se agrega agua al frasco hasta que el menisco suba hasta la marca sobre la tira de papel. Se anota y registra el volumen así añadido y se usa para corregir matemáticamente el cálculo de concentración.

PIPETAS

La pipeta se usa para trasvasar un volumen dado de solución. Así, se usa a menudo para verter cierta fracción (alícuota) de una solución. Para determinar la fracción se debe co-nocer el volumen original de solución de la cual se toma la alícuota, pero no tiene que estar todo presente con tal de que no se haya evaporado o diluido. Hay dos tipos ordinarios de pipetas: la pipeta volumétrica o de traslado y la pipeta de medición o graduada (véanse las figuras 2.9 y 2.10). Hay variantes de la segunda que se llaman también pipetas clínicas o serológicas.

Figura 2.8. Matraz volumé-trico.

Los matraces volumétricos con-tienen un volumen exacto.

Las pipetas volumétricas miden un volumen exacto.

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Las pipetas están diseñadas para proporcionar un volumen específico a una tempe-ratura dada, y están marcadas “TD” (to deliver � para proporcionar, verter). Aquí también se puede considerar constante el volumen con pequeños cambios de temperatura. Las pi-petas están calibradas de modo que se toma en cuenta el drenado de la película que per-manece en las paredes de vidrio. El drenado de la película varía algo con el tiempo que tarda el vertido; por lo regular se permite que la solución drene bajo la fuerza de gravedad y poco después de verter la solución se remueve la pipeta. Se debe adoptar un tiempo uni-forme de drenado.

La pipeta volumétrica se usa para mediciones exactas, pues está diseñada para medir sólo un volumen y se calibra a ese volumen. En general se consigue una exactitud hasta de cuatro cifras significativas, aunque con la calibración adecuada se pueden obtener cinco cifras si es necesario. Véanse en la tabla de la guarda posterior las tolerancias de pipetas volumétricas de clase A. Las pipetas de medición son de canal recto, marcadas a diferen-tes intervalos de volumen. No son tan exactas porque la falta de uniformidad del diámetro interno del dispositivo tendrá un efecto relativamente mayor sobre el volumen total que en el caso de pipetas con forma de bulbo. Asimismo, el drenado de la película variará según el volumen vertido. En el mejor de los casos se puede esperar una exactitud hasta de tres cifras significativas, a menos que se haga el esfuerzo de calibrar la pipeta para que mida un volumen dado.

La mayor parte de las pipetas volumétricas se calibran para proporcionar la canti-dad indicada quedando un pequeño volumen en la punta. Éste no se debe sacudir ni soplar. Al verter, la pipeta se mantiene verticalmente y la punta toca el lado del recipiente para asegurar un vertido suave sin salpicaduras, y de modo que se quede el volumen correcto en la punta. La fuerza de atracción del líquido sobre la pared del recipiente extraerá parte de éste.

Algunas pipetas son de soplar (incluyendo pipetas de medición calibradas a todo el volumen de la punta). El volumen final de la solución se debe soplar hacia fuera de la punta para verter la cantidad calibrada. Estas pipetas son fáciles de identificar porque siempre tienen una o dos bandas esmeriladas alrededor de la boquilla superior. (Éstas no se deben confundir con la banda de color que se usa sólo como código de color para el volumen de la pipeta.) La solución no se sopla hacia fuera sino hasta que ha drenado por completo por gravedad. Soplar para aumentar el caudal de vertido cambiará el volumen de drenado de la película.

Se dispone de pipetas volumétricas en tamaños de 100 a 0.5 mL o menos. Las pipe-tas de medición y las serológicas tienen capacidades totales que van desde 25 hasta 0.1 mL. Las pipetas de medición se pueden usar para mediciones exactas, en especial para pequeños volúmenes, si están calibradas al volumen que se desea. Las pipetas de medición más grandes por lo regular vierten demasiado rápido para permitir un drenado tan rápido como el vertido, y tienen un diámetro interior demasiado grande para permitir la lectura exacta.

Al usar una pipeta, siempre se debe secar el exterior de la punta después del llenado. Si se usa un solvente distinto al agua, o si la solución es viscosa, las pipetas se deben recalibrar para el nuevo disolvente o la nueva solución para tomar en cuenta la diferencia en el caudal de drenado.

Las pipetas se llenan por succión usando un bulbo de hule para pipetas, una bomba de pipetas u otro dispositivo de pipeteo. Antes de usar una pipeta se practica llenarla con agua. Ninguna solución se debe pipetear por succión con la boca.

PIPETAS TIPO JERINGA

Éstas se pueden usar para mediciones tanto de macrovolúmenes como de microvolúmenes. La marca de calibración en las jeringas puede no ser muy exacta, pero la reproducibilidad puede ser excelente si se usa un dispensador automático, como un dispositivo de resorte

TO

20°

C 1

0m

LR

EM

AX

MN

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Figura 2.9. Pipetas de tras-lado o volumétricas.

mL

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M

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. 3

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L

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0

1

2

7

8

9

10

Figura 2.10. Pipetas de me-dición.

2.4 CRISTALERÍA VOLUMÉTRICA: TAMBIÉN ES INDISPENSABLE 33

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que regresa el émbolo hasta el mismo nivel cada vez. El volumen que se proporciona de esta manera está libre de errores de drenado, porque el émbolo fuerza la solución hacia fuera. El volumen proporcionado se puede calibrar con exactitud. Las pipetas de jeringa de microlitros se usan para la introducción de muestras en los cromatógrafos de gases. En la figura 2.11 se ilustra una jeringa típica. Están equipadas con una punta de aguja, y las tolerancias son tan buenas como las que se encuentran para otras micropipetas. Además, se puede proporcionar cualquier volumen que se desee dentro de los límites de la je-ringa.

Las pipetas tipo jeringa antes descritas son útiles para proporcionar la cantidad exacta de soluciones viscosas o disolventes volátiles; con estos materiales, el drenado de la pe-lícula sería un problema en las pipetas convencionales. Las pipetas de jeringa son adecua-das para el vertido rápido y también para el mezclado completo de la solución que se proporciona con otra como resultado de una rápida expulsión de la jeringa.

Un segundo tipo de pipetas de jeringa es el que se muestra en la figura 2.12. Este tipo es cómodo para el dispensado (vaciado) rápido con una sola mano de volúmenes fijos en procedimientos de rutina, y se usa extensamente en el laboratorio de química clínica. Contiene una punta desechable de plástico que no se moja (por ejemplo, de polipropileno), para reducir tanto el error de película como la contaminación. Un botón de pulgar opera un émbolo de resorte que se detiene en la posición de admisión o en la posición de des-carga; esta última está más allá de la primera para asegurar un dispensado completo. La muestra nunca está en contacto con el émbolo, y está por completo contenida en la punta de plástico. Estas pipetas están disponibles en volúmenes de 1 a 1 000 �L, y cuentan con una reproducibilidad dentro de 1 a 2% o mejor, dependiendo del volumen.

Figura 2.11. Jeringa Hamil-ton de microlitros.

Figura 2.12. Pipetas de desplaza-miento digital de un solo canal o de multicanales y placas de micropozos. (Cortesía de Thermo Labsystems.)

Las pipetas tipo jeringa son úti-les para proporcionar volúmenes de microlitros.

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Por lo general no es necesario conocer el volumen real que proporcionan éstas y otras micropipetas porque se usan en mediciones relativas. Por ejemplo, la misma pipeta se puede usar para una muestra y un volumen igual de solución estándar para calibrar el instrumento que se usa para la medición. La precisión en el volumen dispensado suele ser más importante que el volumen absoluto dosificado. La norma que se usa en Europa para calibración de pipetas (donde se fabrican muchas de ellas) es la alemana DIN 126650 (o la norma internacional similar ISO 8655). Las calibraciones se basan en pruebas gravimé-tricas (pesado de agua). La norma DIN no da límites separados para exactitud y precisión; más bien usa un límite combinado de error igual a la exactitud porcentual más dos veces la desviación estándar; es decir, da un intervalo dentro del cual existe 95% de confianza de que caerá el volumen dispensado (véase el capítulo 3 para una explicación de la des-viación estándar y los niveles de confianza). En la tabla 2.2 se da una lista de los errores DIN para pipetas de desplazamiento de un solo canal. En la tabla 2.3 se dan exactitudes y precisiones para una pipeta de un solo canal de modelo típico.

Además de las jeringas operadas manualmente, existen jeringas controladas en forma electrónica, de volumen variable, que funcionan mediante un motor para dosificaciones automáticas repetitivas. También se pueden adquirir pipetas con jeringas múltiples para dosificaciones simultáneas, por ejemplo, con 12 o 16 canales. Éstas son útiles para intro-ducir soluciones en placas de micropozos que se usan en laboratorios de biotecnología o química clínica que procesan miles de muestras (véase la figura 2.12). Se puede encontrar más información sobre pipetas de desplazamiento de los fabricantes más representativos, por ejemplo en www.finnepipette.com y www.eppendorf.com

BURETAS

La bureta se usa para dosificación exacta de una cantidad variable de solución. Su uso principal es en titulaciones, en las cuales se agrega una solución estándar a la solución de muestra hasta que se alcanza el punto final o de equivalencia (la detección de la culmi-nación de la reacción). La bureta convencional para macrotitulaciones está graduada de 0 a 50 mL, en incrementos de 0.1 mL (véase la figura 2.13). El volumen dispensado se puede leer hasta cerca de 0.01 mL por interpolación (buena hasta �0.02 o �0.03 mL). También

Tabla 2.2Límites de error DIN 12650 para pipetas de un solo canalde desplazamiento de airea

Volumen nominal Error máximo Error relativo(�L) (�L) (%)

1 �0.15 �15.02 �0.20 �10.05 �0.30 �6.010 �0.30 �3.020 �0.40 �2.050 �0.80 �1.6100 �1.50 �1.5200 �2.00 �1.0500 �5.00 �1.01 000 �10.00 �1.02 000 �20.00 �1.05 000 �50.00 �1.010 000 �100.00 �1.0

a Estos límites aplican a fabricantes con entorno controlado. Si las pruebas las hace un usuario en un entorno normal de laboratorio, los límites de la tabla pueden valer el doble.Cortesía de Thermo Labsystems Oy, Finlandia.

El volumen puede no conocerse con exactitud, pero es reprodu-cible.


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se pueden obtener buretas con capacidades de 10, 25 y 100 mL, y hay disponibles micro-buretas con capacidades de 2 mL, en las que el volumen está marcado en incrementos de 0.01 mL, y se puede estimar hasta cerca de 0.001 mL. Se usan ultramicroburetas de 0.1 mL, graduadas en intervalos de 0.001 mL (1 �L) para titulaciones en microlitros.

El drenado de la película es un factor en las buretas convencionales, como en las pipetas, y puede ser una variable si el caudal de dosificación no es constante. La práctica usual es vaciar a un ritmo moderadamente lento, alrededor de 15 a 20 mL por minuto, y luego esperar varios segundos después de la dispensión para permitir que el drenado se estabilice. En la práctica real, el caudal de proporcionamiento es de sólo unas pocas gotas por minuto cerca del punto final, y no hay brecha de tiempo entre el caudal de proporcio-namiento y el caudal de drenado. Al alcanzar el punto de equivalencia se proporcionan fracciones de gota abriendo apenas la válvula de la bureta y luego poniendo en contacto la punta de la bureta con la pared del recipiente de titulación. La fracción de gota se arras-tra luego en la solución con agua destilada.

CUIDADO Y USO DE LA CRISTALERÍA VOLUMÉTRICA

Hasta ahora se han mencionado algunas precauciones en el uso de los matraces volumé-tricos, las pipetas y las buretas. El instructor de laboratorio dará a los estudiantes las indi-caciones detalladas para el uso de cada una de estas herramientas. En seguida se da una explicación de algunas precauciones y de la buena técnica de laboratorio.

La limpieza de los instrumentos de vidrio es de máxima importancia. Si hay pelícu-las de suciedad o grasa, los líquidos no drenarán de manera uniforme y dejarán brechas sin agua o gotitas sobre las paredes. En estas condiciones, la calibración será errónea. La limpieza inicial se debe hacer mediante enjuagues repetidos con agua; luego se trata de

Tabla 2.3Exactitud y precisión para pipetas digitales Finnpipette de un solo canal

Exactitud Precisióna

Intervalo Incremento Volumen(�L) (�L) (�L) (�L) (%) s.d. (�L) CV (%)

0.2-2 0.01 2 �0.050 �2.5 0.040 2.0 0.2 �0.024 �12.0 0.020 10.0

0.5-10 0.1 10 �0.100 �1.0 0.050 0.5 1 �0.025 �2.5 0.020 2.0

0.5-10 0.1 10 �0.100 �1.0 0.080 0.8 1 �0.035 �3.5 0.030 3.0

2-20 0.1 20 �0.200 �1.0 0.080 0.4 2 �0.060 �3.0 0.030 1.5

5-40 0.5 40 �0.240 �0.6 0.120 0.3 5 �0.100 �2.0 0.100 2.0

10-100 1.0 100 �0.80 �0.8 0.20 0.2 10 �0.30 �3.0 0.10 1.0

20-200 1.0 200 �1.20 �0.6 0.40 0.2 20 �0.36 �1.8 0.14 0.7

200-1 000 5.0 1 000 �6.00 �0.6 2.00 0.2 200 �1.80 �0.9 0.60 0.3

100-1 000 5.0 1 000 �6.00 �0.6 2.00 0.2 100 �1.00 �1.0 0.60 0.6

a s.d. � desviación estándar, CV � coeficiente de variación.Cortesía de Thermo Labsystems Oy, Finlandia.

DELIVERSAT

20°C

mL

0

1

2

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5

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Figura 2.13. Bureta típica.

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limpiar con ácido nítrico diluido y se enjuaga con más agua. El uso de un cepillo de bu-retas o tubos de ensayo ayuda en la limpieza de las buretas y los cuellos de los matraces volumétricos; pero se debe tener cuidado de no rayar las paredes interiores. Las pipetas se deben girar para cubrir toda la superficie con detergente. Hay soluciones comerciales de limpieza que son muy eficaces.

Las pipetas y las buretas se deben enjuagar por lo menos dos veces con la solución con la cual se van a llenar. Si están mojadas con alguna solución se deben enjuagar pri-mero con agua, y luego un mínimo de tres veces con la solución que se va a usar; alrede-dor de 20% del volumen de la bureta o de la pipeta es adecuado para cada enjuague. Si un matraz volumétrico está mojado con una solución que contenía anteriormente deberá enjuagarse sólo con tres porciones de agua, ya que más tarde se llenará hasta la marca también con agua. No es necesario secarlo.

Obsérvese que el equipo analítico de vidrio no se debe someter a la práctica común de los laboratorios de química orgánica de secar, ya sea en un horno (esto puede afectar el volumen de la cristalería calibrada) o con una toalla, ni tampoco por enjuague con un disolvente orgánico volátil, como acetona (que puede causar contaminación). En general, no es necesario secar el equipo. El procedimiento preferido es enjuagarlo con la solución que lo llenará.

El cuidado al leer el volumen evitará el error de paralaje; es decir, el error debido a alineamiento incorrecto del ojo del observador, el menisco y la escala. Esto se aplica en la lectura de cualquier escala, como la escala del fiel de una balanza analítica. La posición correcta es con el ojo al mismo nivel que el menisco. Si el nivel del ojo está arriba del menisco, el volumen leído será menor que el real; lo opuesto sucederá si el nivel del ojo está demasiado abajo.

Después de usar el equipo de vidrio, normalmente se puede limpiar lo suficiente mediante enjuague inmediato con agua. Si se ha dejado que el equipo se seque, se puede limpiar primero con detergente. Los matraces volumétricos se deben guardar con el tapón puesto, y de preferencia llenos con agua destilada. Las buretas se deben llenar con agua destilada y cerrar con un tapón de caucho cuando no estén en uso.

RECOMENDACIONES PARA LA TITULACIÓN EXACTA Y PRECISA

Algunas buretas tienen una válvula de teflón, y ésta no necesita lubricación. Asegurarse de que esté suficientemente apretado para evitar fugas, pero no tan apretado que haga difícil la rotación. Si la bureta tiene una válvula de vidrio puede haber necesidad de en-grasarla. Se aplica uniformemente a la válvula una capa delgada de grasa para válvulas de bureta (no lubricante de silicón), usando muy poca cerca del orificio y cuidando de que no entre grasa en el orificio. La válvula se inserta y se hace girar. Debe haber una capa uniforme y transparente de grasa, y la válvula no debe tener fugas. Si hay demasiado lu-bricante se puede forzar el interior de la junta o entrar a la punta de la bureta y obstruirla. La grasa se puede quitar de la punta de la bureta y el orificio de la válvula usando un alambre fino. Si la bureta tiene válvula de teflón, no necesita lubricación. La bureta se llena por encima de la marca cero y se abre la válvula para llenar la punta. Revisar si hay burbujas de aire en la punta; si las hay, podrían salir de la punta durante la titulación, ocasionando un error de lectura. Sacar las burbujas abriendo y cerrando rápidamente la válvula para dejar que entre un chorro de solución de titulación a la punta, o dando gol-pecitos a la punta mientras fluye la solución. No deben quedar burbujas en el cuerpo de la bureta. Si las hay, posiblemente se deba a que la bureta está sucia.

La lectura inicial de la bureta se toma dejándola que drene lentamente hasta la marca cero. Se espera unos pocos segundos para asegurarse que el drenado de la película ha al-canzado al menisco. Se lee la bureta hasta la marca más cercana de 0.02 mL (para una bureta de 50 mL). La lectura inicial puede ser 0.00 mL o mayor. La lectura se toma mejor colocando el dedo exacto detrás del menisco, o usando un iluminador de menisco (véase

0

1

Figura 2.14. Iluminador de menisco para la bureta.

Se enjuagan las pipetas y las buretas con la solución que se va a medir.

Evitar los errores de paralaje al leer volúmenes en buretas o pi-petas.


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la figura 2.14). El iluminador de menisco tiene un campo blanco y negro, y el campo negro se posiciona exactamente debajo del menisco. Evitar el error de paralaje haciendo la lectura a nivel del ojo.

La titulación se realiza con la solución de muestra en un matraz Erlenmeyer. El matraz se coloca sobre un fondo blanco, y la punta de la bureta se acomoda dentro del cuello del matraz. El matraz se hace girar con la mano derecha mientras la válvula se manipula con la izquierda (véase la figura 2.15), o lo que resulte más cómodo. Este agarre de la bureta mantiene ligera presión hacia dentro de la válvula para asegurar que no haya fugas. La solución se puede agitar más eficientemente mediante un agitador magnético y una barra de agitación.

Al progresar la titulación, el indicador cambia de color en la cercanía donde cae el titulante, debido a excesos locales, pero rápidamente regresa al color original al dispersarse el titulante en la solución para reaccionar con la muestra. Al acercarse al punto de equi-valencia, el regreso al color original ocurre más lentamente, ya que la solución diluida se debe mezclar con más energía para consumir todo el titulante. En este punto, el titulante se debe detener y se enjuagan los lados del matraz con agua destilada de la pizeta. Una gota de la bureta equivale a cerca de 0.02 a 0.05 mL, y el volumen se lee a cerca de 0.02 mL. Por tanto, es necesario dividir las gotas cerca del punto final. Esto se puede hacer girando lentamente la válvula hasta que salga una fracción de gota de la punta de la bureta, cerrando luego la válvula. La fracción de gota se desprende poniendo en contacto la punta con la pared del matraz, y se lava al interior con la pizeta, o bien se transfiere con una varilla agitadora de vidrio. Habrá un cambio de color repentino y permanente (con duración mínima de 30 s) en el punto de equivalencia, al agregar una fracción de gota.

La titulación se hace por lo regular por triplicado. Después de realizar la primera titulación se puede calcular el volumen aproximado para las titulaciones de réplica a par-tir de los pesos de las muestras y la molaridad del titulante. Esto ahorrará tiempo en las titulaciones. El volumen no se debe calcular con una aproximación más cercana a 0.1 mL con objeto de evitar sesgos en la lectura.

Después de terminar una titulación, el titulante sobrante se debe desechar; nunca se devolverá a la botella original.

Si se mide una propiedad física de la solución, por ejemplo el potencial, para detec-tar el punto de equivalencia, la titulación se realiza en un vaso de precipitados con agitación magnética, de modo que se puedan colocar electrodos dentro de la solución.

TOLERANCIAS Y PRECISIÓNDEL EQUIPO DE VIDRIO

El Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST) ha prescrito ciertas tolerancias o errores absolutos para diferentes piezas de equipo de vidrio volumétrico, y algunas de éstas aparecen en la lista de la guarda posterior del libro. Para volúmenes mayores de al-rededor de 25 mL, la tolerancia está dentro de una parte por 1012 relativa, pero es mayor para volúmenes menores. La letra “A”, estampada en un matraz volumétrico, una bureta o una pipeta, indica que cumple con las tolerancias de clase A. Esto no dice nada acerca de la precisión del volumen dispensado. Se puede comprar equipo volumétrico de vidrio que cumpla con las especificaciones o que esté certificado por el NIST, pero a un precio notablemente mayor que el equipo de vidrio sin certificar. El equipo de vidrio menos costoso puede tener tolerancias del doble que las especificadas por el NIST. Sin embargo, es asunto sencillo calibrar este equipo con una exactitud tan buena o mejor que las espe-cificaciones NIST (véase el experimento 2).

La precisión de lectura de una bureta de 50 mL es alrededor de �0.02 mL. Como una bureta siempre se lee dos veces, la incertidumbre absoluta total puede ser hasta de �0.04 mL. La variación de la incertidumbre relativa será inversa al volumen total propor-cionado. Se hace evidente que una titulación con una bureta de 50 mL debe usar alrededor

Figura 2.15. Técnica correcta para la titulación.

Las titulaciones subsecuentes se pueden acelerar usando las pri-meras para aproximarse a los volúmenes de punto de equiva-lencia.

Las variaciones o las incerti-dumbres en cada lectura son aditivas. Véase Propagación del error, en el capítulo 3.

El equipo de vidrio clase A es suficiente para la mayor parte de los análisis. Se puede cali-brar a especificaciones NIST.

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de 40 mL para obtener una precisión de una parte por 1012. Se pueden usar buretas más pequeñas para mayor precisión a volúmenes menores. Las pipetas tendrán cierta precisión de lectura, pero sólo es necesaria una lectura para las pipetas volumétricas.

CALIBRACIÓN DE EQUIPO DE VIDRIO:PARA EXACTITUD ÓPTIMA

En el ejemplo 2.1 se ilustró cómo se puede usar la ecuación 2.1 en la calibración de equipo de vidrio para corregir por empuje de flotación del agua usada para la calibración; es decir, para corregir el peso en vacío. Al dividir el peso del agua en el vacío entre su den-sidad a la temperatura dada se obtiene el volumen.

La tabla 2.4 es una lista de los volúmenes calculados para un gramo de agua en aire a presión atmosférica para diferentes temperaturas, corregidos por flotación con pesas de

Tabla 2.4Calibración de equipo de vidrio

12

34567

89

1011

12

1314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344

A B C D E F G HTabla 2.4 Calibración de equipo de vidrio

Peso en el vacío, suponiendo pesas de acero inoxidable, densidad de 7.8 g/mLDilatación del vidrio, para vidrio de borosilicato, 0.000025 mL/mL/oC

Guardar esta hoja de cálculo en el escritorio de la PC, y usarla para calcular volúmenes calibrados de equipo de vidrio. Sustituirla en las celdas adecuadas, a la temperatura T, el peso del agua en el aire, obtenido del equipo de vidrio a la temperatura de la medición (celda A)Se calcula el volumen de calibración a la temperatura T (celda D) y a 20oC (celda F)Se redondea el valor calculado al número adecuado de cifras significativas, por lo regular cuatro o cinco

T, o

C Peso de H2O Peso en Vol. a T, Dilatación del Vol. a 20o, Densidad,

en aire, g vacío, g mL vidrio a 20oC, mL mL g/mL

10 1.0000 1.0010 1.0013 -0.000250 1.0016 0.999702611 1.0000 1.0010 1.0014 -0.000225 1.0017 0.999608112 1.0000 1.0010 1.0015 -0.000200 1.0017 0.999500413 1.0000 1.0010 1.0017 -0.000175 1.0018 0.999380114 1.0000 1.0010 1.0018 -0.000150 1.0020 0.999247415 1.0000 1.0010 1.0019 -0.000125 1.0021 0.999102616 1.0000 1.0010 1.0021 -0.000100 1.0022 0.998946017 1.0000 1.0010 1.0023 -0.000075 1.0023 0.998777918 1.0000 1.0010 1.0025 -0.000050 1.0025 0.998589619 1.0000 1.0010 1.0026 -0.000025 1.0027 0.998408220 1.0000 1.0010 1.0028 0.000000 1.0028 0.998207121 1.0000 1.0010 1.0031 0.000025 1.0030 0.997995522 1.0000 1.0010 1.0033 0.000050 1.0032 0.997773523 1.0000 1.0010 1.0035 0.000075 1.0034 0.997541524 1.0000 1.0010 1.0038 0.000100 1.0037 0.997299525 1.0000 1.0010 1.0040 0.000125 1.0039 0.997047926 1.0000 1.0010 1.0043 0.000150 1.0041 0.996786727 1.0000 1.0010 1.0045 0.000175 1.0044 0.996516228 1.0000 1.0010 1.0048 0.000200 1.0046 0.996236529 1.0000 1.0010 1.0051 0.000225 1.0049 0.995947830 1.0000 1.0010 1.0054 0.000250 1.0052 0.9956502

Las fórmulas se introducen en las celdas en negritas, como se indica abajo. Se copian haciaabajo para todas las temperaturas. Véase el capítulo 3 para configuración de una hoja de cálculoCelda C14: Wvacío = Waire + Waire (0.0012/Do � 0.0012/Dw) = Waire (0.0012/1.0 + 0.0012/7.8)

= B14+B14*(0.0012/1.0-0.0012/7.8) Copiar hacia abajoCelda D14: VT (mL)= Wvacío,T(g)/DT(g/mL)

= C14/G14 Copiar hacia abajoCelda E14: Dilatación del vidrio = (T � 20) (deg) � 0.000025 (mL/mL/deg) � Waire (g)

= (A14-20)*0.000025*B14 Copiar hacia abajoCelda F14: V20o = VT - Vidriodil = D14-E14 Copiar hacia abajo


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acero inoxidable de densidad 7.8 g/cm3. Éstos se usan para dar el volumen del equipo de vidrio que se está calibrando, a partir del peso del agua contenida o proporcionada por el equipo de vidrio (los valores no son significativamente diferentes para pesas de latón de 8.4 g/cm3. Véase el ejemplo 2.2). Los volúmenes de vidrio calculados para la tempera-tura estándar de 20�C incluyen ligeros ajustes para el coeficiente de dilatación o contracción por cambios de temperatura de recipientes de vidrio de borosilicato (Pyrex o Kimax). (El equipo volumétrico tiene un coeficiente cúbico de dilatación de alrededor de 0.000025 por grado centígrado, lo cual da por resultado cambios de alrededor de 0.0025% por grado; para 1 mL, esto es 0.000025 mL por grado.) El agua se expande alrededor de 0.02% por grado alrededor de 20�C. Las correcciones de volumen (concentración) se pueden hacer con los datos de densidad del agua de la tabla 2.4, tomando las relaciones de las densida-des relativas.

Ejemplo 2.3a) Usar la tabla 2.4 para calcular el volumen de la pipeta de 20 mL del ejemplo 2.1, a partir de su peso en el aire. Supóngase que la temperatura es de 23�C. b) Dar el volumen correspondiente a 20�C como resultado de la contracción del vidrio. c) Comparar con el volumen calculado usando el peso en el aire con el calculado usando el peso en el vacío y la densidad del agua (ejemplo 2.1).

Solucióna) De la tabla 2.4, el volumen por gramo en el aire es 1.0035 mL a 23�C:

19.994 g � 1.0035 mL/g � 20.064 mL

b) La contracción del vidrio a 20�C relativa a 23�C es 0.0015 mL (0.000025 mL/mL/�C � 20 mL � 3�C), de modo que el volumen de la pipeta a 20�C es 20.062 mL

c) La densidad del agua a 23�C es 0.99754 g/mL de modo que el peso en el vacío:

20.015 g/0.99754 g/mL � 20.064 mL

Se obtiene el mismo valor.

Ejemplo 2.4Se prepara una solución de ácido clorhídrico y se estandariza por titulación con carbonato de sodio estándar primario. La temperatura durante la estandarización es de 23�C y se determina que la concentración es de 0.11272 M. El sistema de calentamiento del labora-torio funcionó mal cuando se usó el ácido para titular una muestra problema, y la tempe-ratura de la solución era de 18�C. ¿Cuál era la concentración del titulante?

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TÉCNICAS PARA CALIBRAR EL MATERIAL DE CRISTALERÍA

Generalmente, el equipo de cristalería se calibra a cinco cifras significativas, la precisión máxima que es posible obtener al llenar o verter soluciones. Por tanto, es necesario el peso neto del agua con cinco cifras. Si el equipo de vidrio excede los 10 mL, esto significa que todo lo que se requiere es pesar hasta 1 mg, lo que se puede lograr con facilidad y como-didad con una balanza granataria en vez de una balanza analítica más sensible. (Nota: Si el volumen es grande sin importar el decimal, por ejemplo 99, entonces bastarán cuatro cifras; véase en el capítulo 3 la explicación sobre las cifras significativas. Una pipeta de 10 mL, por ejemplo, se puede calibrar a 9.9997 mL, que es tan exacto como 10.003 mL; es decir, la última cifra es una parte en 10 000.)

1. Calibración de matraces volumétricos. Para calibrar un matraz volumétrico se pesa primero el matraz y el tapón limpios y secos. Luego se llena hasta la marca de aforo con agua destilada. No debe haber gotitas en el cuello; si las hay, se secan con papel ab-sorbente. El matraz y el agua deben estar equilibrados a la temperatura del laboratorio. Se pesa el matraz lleno y luego se registra la temperatura del agua con una precisión de hasta 0.1�C. El aumento en peso representa el peso en aire del agua contenida en el matraz.

2. Calibración de pipetas. Para calibrar una pipeta se pesa un matraz Erlenmeyer con tapón de hule o pesafiltros con tapón o tapa de vidrio, dependiendo del volumen de agua que se va a pesar. Se llena la pipeta con agua destilada (cuya temperatura se ha registrado) y se vierte el agua dentro del matraz o frasco, usando la técnica adecuada de pipeteo. Se tapa rápidamente el contenedor para evitar pérdida por evaporación. Se vuelve a pesar para obtener el peso en aire del agua proporcionada por la pipeta.

3. Calibración de buretas. El procedimiento para calibrar una bureta es similar al de calibración de una pipeta, salvo que se proporcionarán varios volúmenes. El conducto interno de la bureta no es perfectamente cilíndrico, sino un poco “ondulado”, de modo que el volumen real proporcionado variará tanto hacia arriba como hacia abajo de los volúme-nes nominales marcados en la bureta conforme se manejen volúmenes mayores. Se deter-mina el volumen en incrementos de 20% del volumen total (por ejemplo, cada 10 mL para una bureta de 50 mL), llenando la bureta cada vez y luego vertiendo el volumen nominal en un matraz seco. (La bureta se llena cada vez para reducir al mínimo los errores de evaporación. También se pueden hacer adiciones sucesivas en el mismo matraz; es decir, se llena la bureta sólo una vez. Se hacen vertidos rápidos.) Como el volumen dispensado no tiene que ser exacto sino cercano al volumen nominal se pueden hacer vaciados mode-radamente rápidos, si bien se debe esperar alrededor de 10 a 20 s para el drenado de la película. Se prepara una gráfica de corrección de volumen contra volumen nominal y se trazan líneas rectas entre cada punto. Se interpola a volúmenes intermedios entre las líneas. Las correcciones típicas de volumen para una bureta de 50 mL pueden llegar a cerca de 0.05 mL, más o menos.

Solución

M18� � M23� � (D18�/D23�)

� 0.11272 � (0.99859/0.99754)

� 0.11284 M

(Véase el capítulo 3 para cifras significativas y el significado de los subíndices numéri-cos.)


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SELECCIÓN DE EQUIPO DE CRISTALERÍA:¿QUÉ TAN EXACTO TIENE QUE SER?

Como en las operaciones de pesaje habrá situaciones en las que es necesario saber con exactitud los volúmenes de los reactivos o de las muestras medidas o transferidas (medi-ciones exactas) y otras en las que sólo se requieren mediciones aproximadas (mediciones gruesas). Si se desea preparar una solución estándar de 0.1 M de ácido clorhídrico, no se puede hacer midiendo un volumen exacto de ácido concentrado y diluyéndolo a un volumen conocido, porque la concentración del ácido comercial no se conoce adecuadamente. Por tanto, se prepara una solución aproximada que luego puede estandarizarse. En la tabla que está en la guarda posterior interior se registra que el ácido comercial es alrededor de 12.4 M. Para preparar 1 L de solución 0.1 M es necesario tomar y diluir alrededor de 8.1 mL. Sería un desperdicio de tiempo medir exactamente este volumen (o el del agua que se

Ejemplo 2.5Se calibra una bureta de 50 mL con incrementos de 10 mL, llenando la bureta cada vez y vertiendo el volumen nominal, con los siguientes resultados:

Lectura de la bureta (mL) Peso del H2O vertido (g)

10.02 10.03

20.08 20.03

29.99 29.85

40.06 39.90

49.98 49.86

Se construye una gráfica de corrección de volumen contra volumen vertido. La temperatura del agua es 20�C y se usan pesas de acero inoxidable.

SoluciónSegún la tabla 2.4.

Wvac � 10.03 � 10.03(0.00105) � 10.03 � 0.01 � 10.04 g

Vol. � 10.04 g/0.9982 g/mL � 10.06 mL

Del mismo modo, para los otros se construye la tabla:

Volumen nominal (mL) Volumen real (mL) Corrección (mL)

10.02 10.06 �0.04

20.08 20.09 �0.01

29.99 29.93 �0.04

40.06 40.01 �0.05

49.98 50.00 0.00

Se prepara una gráfica de volumen nominal (eje y) contra volumen de corrección. Usar 10, 20, 30, 40 y 50 mL como volúmenes nominales.

Sólo ciertos volúmenes se tienen que medir con exactitud: los que forman parte de los cálculos cuantitativos.

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usa para dilución). En vez de esto, una probeta graduada de 10 mL, o una pipeta de me-dición de 10 mL, será suficiente, y el ácido se puede diluir entonces en un frasco sin graduar de 1 litro. Por otro lado, si se desea diluir con exactitud una solución madre es-tándar, entonces se debe usar una pipeta volumétrica, y la dilución se debe hacer en un matraz volumétrico. Cualquier medición volumétrica que sea parte de la medición analítica se debe hacer con la exactitud que se exige en la medición analítica. Esto por lo general significa una exactitud de cuatro cifras significativas, y se requieren pipetas y matraces volumétricos. Esto incluye tomar una porción exacta de una muestra, preparar una solución estándar a partir de un reactivo pesado con exactitud, y diluir con exactitud. Las buretas se usan para mediciones precisas de volúmenes variables, como en una titulación. No se requiere gran exactitud en la preparación de los reactivos que se van a usar en un análisis sólo para asegurar condiciones especiales de la solución (por ejemplo, amortiguadores para control de pH), y se puede usar equipo de vidrio menos exacto, por ejemplo, probetas graduadas.

2.5 Preparación de soluciones básicas estándarNormalmente se utiliza hidróxido de sodio como titulante cuando se requiere una base. Debido a que contiene cantidades importantes de agua y carbonato de sodio no se puede usar como estándar primario. Para un trabajo preciso se tiene que remover el carbonato de sodio del NaOH, porque aquél reacciona para formar un amortiguador que disminuye la nitidez del punto de equivalencia. Además, se producirá un error si se estandariza el NaOH usando punto de equivalencia de fenolftaleína (en cuyo caso el CO3

2� se titula sólo hasta HCO3

�), y así se usa un punto de equivalencia de anaranjado de metilo en la titula-ción de una muestra (en cuyo caso el CO3

2� se titula a CO2). En otras palabras, la mola-ridad efectiva de la base ha aumentado debido a la acción posterior del HCO3

�.El carbonato de sodio es esencialmente insoluble en hidróxido de sodio casi saturado.

Puede eliminarse de manera conveniente disolviendo el hidróxido pesado en un volumen (mililitros) de agua igual a su peso en gramos. El Na2CO3 insoluble se deja sedimentar durante varios días, y luego el líquido superior transparente se decanta2 cuidadosamente, o se puede filtrar en un crisol Gooch con una capa de asbesto (no lavar el Na2CO3 filtrado). Se prefiere el primer procedimiento por la naturaleza carcinogénica del asbesto. Este pro-cedimiento no funciona con KOH porque el K2CO3 permanece soluble.

El agua disuelve el CO2 del aire. En muchas determinaciones rutinarias que no exi-gen el máximo grado de exactitud, las impurezas de carbonato o CO2 en el agua producen un error que es tan pequeño que puede considerarse insignificante. Sin embargo, para la máxima exactitud el CO2 se debe retirar de toda el agua que se use para preparar solucio-nes para titulaciones acidobásicas, en especial las soluciones alcalinas. Esto se logra de manera conveniente hirviendo el agua y luego enfriándola bajo un chorro de agua fría.

El hidróxido de sodio normalmente se estandariza titulando una cantidad pesada de ftalato ácido de potasio grado estándar primario (KHP), que es un ácido moderadamente débil (Ka � 2 � 10�6) casi como el ácido acético usando un punto de equivalencia de fenolftaleína. La solución de hidróxido de sodio debe almacenarse en un frasco de plástico para evitar la absorción de CO2 del aire. Si se requiere tener abierto el frasco (por ejemplo, un frasco sifón), la abertura se protege con un tubo de ascarita (asbesto impregnado con NaOH).

2 La solución se debe guardar en un tubo de ensayo taponado con un material distinto del vidrio, o en otro recipiente adecuado, para mantenerlo aislado del dióxido de carbono atmosférico, que continuaría reaccionando con la solución de hidróxido de sodio para producir carbonato de sodio. Usar un tapón de hule, ya que el álcali concentrado hace que se “suelden” las juntas de vidrio.

Se remueve el Na2CO3 prepa-rando una solución saturada de NaOH.

Véase el experimento 6 para preparar y estandarizar hi-dróxido de sodio.

2.5 PREPARACIÓN DE SOLUCIONES BÁSICAS ESTÁNDAR 43

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EXPERIMENTOS“La teoría guía, el experimento decide.”

—I. M. Kolthoff

“Oigo y olvido.Veo y recuerdo.

Hago y comprendo.”—Confucio

727

Los experimentos que siguen se apegan al orden de su presentación en el texto, después de los experimentos de introducción acerca del uso de la balanza analítica y del equipo volumétrico de vidrio. Antes de llevar a cabo los experimentos se debe repasar el material del capítulo 2, acerca de las herramientas básicas de la química analítica y su uso, y el material en el apéndice D sobre la seguridad en el laboratorio. También es útil repasar el manejo de datos, en el capítulo 3, en especial las cifras significativas y la propagación de los errores, para conocer la exactitud con que se hace cada una de las mediciones que se piden. También se deberán utilizar las hojas de cálculo descritas en ese capítulo y en el capítulo 16, para trazar gráficas de calibración y calcular datos, incluyendo las precisiones.

Uso de aparatosEXPERIMENTO 1 USO DE LA BALANZA ANALÍTICA

Antes de iniciar el experimento debe familiarizarse con los principios de la balanza y las reglas generales sobre peso que se exponen en el capítulo 2.

Principio

Usará una balanza electrónica o una mecánica de un platillo (si su balanza es de dos pla-tillos, el profesor le indicará las instrucciones para usarla). La balanza electrónica se pone en cero usando la barra o botón de cero (tara), antes de pesar un objeto problema. En las balanzas mecánicas se determina el punto cero antes de pesar.

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728 EXPERIMENTOS

Soluciones y reactivos necesariosNinguno.

Procedimiento1. Puesta en cero, o determinación del punto cero. Limpiar el polvo del platillo sua-

vemente con una brocha pequeña. Cerrar las puertas de la balanza.a) Balanza electrónica. Encienda la balanza y toque la barra o botón del cero

(tara). La indicación se debe ajustar a 0.0000 g.b) Balanza mecánica. La balanza tiene una perilla para dos posiciones: primero

se suelta parcialmente el brazo (la barra horizontal) y el platillo y después se suelta por completo. Libere el brazo y el platillo y ajuste la lectura del cero. Sujete el platillo y el brazo y repita la operación. En lo que resta de este experimento realice todas las determinaciones del punto cero y el punto de descanso por duplicado; en lo sucesivo, debe ser suficiente efectuar determi-naciones sencillas.

El cero o punto cero de la balanza no permanece constante. Puede variar en algunas décimas de miligramo de un día para otro, o incluso de una hora a otra. Por lo mismo, cada vez que se vaya a hacer una serie de pesadas, se debe hacer una nueva determinación del punto cero, o si el punto cero ha cambiado debe volver a realizarse un ajuste.

2. Pesado de objetos. Determine los pesos de tres objetos de prueba que le suministre el profesor. Uno de ellos podrá ser una tapa de crisol, que debe pesarse por diferencia como en la parte 3, más adelante.a) Balanza electrónica. Asegúrese de que la balanza sigue estando ajustada en

cero. Coloque el objeto problema en el platillo usando papel o tenazas. Cierre las puertas, y cuando se estabilice la indicación, anote el peso ajustando al 0.1 mg más cercano.

b) Balanza mecánica. Si ha pasado más de una hora o si otros han usado la balanza desde que se ajustó el punto cero de la balanza vacía, se debe realizar una nueva verificación. Coloque el objeto problema en el platillo usando papel o tenazas (nunca coloque o quite un objeto sin que esté puesto el freno). Cierre las puertas y mueva la perilla del freno a la primera posición. Esto libera par-cialmente el brazo pero lo detiene si hay un desequilibrio que lo incline más allá de cierta posición. De este modo se evita dañar las cuchillas cuando haya objetos pesados sobre el platillo y la balanza esté muy desbalanceada. Determine el peso usando las perillas correspondientes a la décima de miligramo más cer-cana hasta que el brazo esté en movimiento (cerca del equilibrio). Comience con las pesas más grandes para llegar a los 10 g más cercanos, a continuación con las pesas de gramos (buscando el g más cercano) y por último las pesas de déci-mas de gramo (0.1 g más cercano). Después libere por completo el brazo y determine el peso al 0.1 mg más cercano a partir del contador vernier o digital cuando el sistema haya quedado inmóvil. Anote el peso total.

3. Pesado por diferencia. Consiga un crisol con tapa (o dos objetos cualesquiera que aproximadamente tengan esos pesos) en el almacén del laboratorio; pese la tapa del crisol como en la parte 2 y anote el peso; pese los dos objetos combinados y anote su peso; quite la tapa y determine el peso del crisol. La diferencia en las dos últimas pesadas representa el peso de la tapa del crisol. Debe concordar, hasta 0.5 mg, con la cantidad obtenida al pesarla directamente.

4. Tarado en la balanza electrónica. Coloque el crisol en el platillo y oprima la barra o el botón de tara. La lectura debe indicar a cero. A continuación coloque el crisol en el platillo, con la tapa, y anote el peso. ¿Concuerda bien este resultado con el peso del crisol obtenido en la parte 3?


USO DE APARATOS 729

EXPERIMENTO 2 USO DE PIPETAS Y BURETAS,Y ANÁLISIS ESTADÍSTICOSPrincipioLa práctica en el uso de las pipetas se verifica pesando la cantidad de agua dispensada en pipeteadas sucesivas. Se determina la precisión de adición de diferentes volúmenes. Se pueden hacer experimentos similares con una bureta. También los experimentos suelen usarse para calcular (calibrar) los volúmenes del equipo de vidrio si se mide la temperatura del agua, como se describe en la tabla 2.4.

Soluciones y reactivos necesariosSolución limpiadora; agua destilada.

Procedimiento1. Limpieza del material de vidrio. Compruebe que la bureta y las pipetas estén limpias

lavándolas con agua destilada y dejándolas escurrir. El material de vidrio limpio con-servará una película continua e ininterrumpida de agua al vaciarse. Si es necesario, limpie la bureta con un detergente y un cepillo para buretas. Para las pipetas haga la prueba con agua tibia y después detergente con agua tibia. Si no limpian bien, use una solución comercial limpiadora. Lave varias veces la pipeta o bureta con agua corriente y por último con agua destilada. Deje llena la bureta con agua destilada cuando no la vaya a usar. Siempre revise la limpieza de su material de vidrio antes de usarlo y lím-pielo cuando sea necesario. Las buretas bien lavadas y llenas de agua destilada inme-diatamente después de usarlas deben permanecer limpias durante varias semanas; sin embargo, las pipetas se contaminan con facilidad y se deben limpiar con frecuencia.

2. Pipeteo. Practique el llenado de una pipeta de 25 mL y el ajuste del menisco a la marca de calibración, hasta que lo haga bien. El dedo con que ajuste el nivel debe estar un poco humedecido. Si está muy mojado será imposible obtener un flujo constante.

Pese un matraz Erlenmeyer limpio y seco de 50 mL, con tapón de hule, con una exactitud al miligramo (0.001 g) más cercano.

Pase 25 mL de agua de la pipeta al matraz; deje que el agua salga con la punta de la pipeta tocando la pared del matraz y tenga cuidado de no salpicar agua, o de otra manera se depositará en el cuello del matraz. Es importante que el cuello del matraz y el tapón permanezcan secos durante el experimento. La pipeta debe sujetarse en posición vertical. Deje escurrir durante 10 s antes de remover la pipeta. No sople para sacar la última gota. Ponga el tapón y pese el conjunto.

Realice el procedimiento dos veces, cuando menos. Para las pesadas siguientes, sólo es necesario secar cuidadosamente el exterior y el cuello del matraz. Calcule la desviación estándar y el intervalo de dispensamiento, en partes por millar como se describe en el capítulo 3.

Repita lo anterior usando pipetas de 1, 5, 10 y 50 mL. Compare la precisión del dispensado para las diversas pipetas.

3. Uso de la bureta. Revise la llave de su bureta (si es de vidrio esmerilado) y compuebe que su lubricación sea la correcta, y asegúrese de que el interior y la punta estén limpios. Llénela con agua destilada y colóquela en las pinzas para bureta; el agua debe estar a temperatura ambiente. Desplace las burbujas de aire que haya en la punta de la bureta y ajuste hasta cerca de la marca del cero. Deje reposar durante unos minutos para comprobar que no haya escurrimientos y lea el volumen inicial con una exactitud de 0.01 mL.* Use un lector de menisco, y tenga cuidado de evitar errores de paralaje.

* N. del R. T. En lo sucesivo, cuando se indique en los experimentos que la medición se realiza, por ejemplo como en este caso, con una exactitud de 0.01 mL, deberá entenderse que dicha operación se lleva a cabo midiendo al 0.01 mL más cercano.


730 EXPERIMENTOS

Use un procedimiento parecido al de las pipetas, y pase unos 5 mL al matraz tarado. Toque la pared del matraz con la punta de la pipeta para remover la gota adherida y lea el volumen con una exactitud de 0.01 mL. Inserte el tapón y pese con una exactitud de miligramos. Repita la operación, agregando los siguientes 5 mL de agua al matraz y vuelva a pesar. Continúe de esta forma hasta haber pesado los 50 mL.1

Reste el peso del matraz vacío de cada uno de los pesos siguientes para obtener el peso de 5, 10, 15… mililitros de agua a la temperatura de observación.

Repita todo el procedimiento. A cada volumen aproximado, el peso, comparado con el volumen medido exacto, debiera encontrarse dentro de los 0.03 g del predicho de la primera medición. Coteje de nueva cuenta todos los puntos para los que esto no sea así.

4. Calibración del material de vidrio. Si su profesor le indica que use los datos de esos experimentos para calibrar los volúmenes del material de vidrio, use la tabla 2.4 para convertir el peso en aire a volumen. Debe determinarse la temperatura del agua adicionada.

5. Estadísticas. La curva normal de error. En este experimento hará 20 determinaciones del peso dispensado por una pipeta de 1 mL, como se describió antes, vertiendo volúmenes pipeteados sucesivos a un matraz Erlenmeyer pequeño y calculando el aumento en el peso cada vez. Asegúrese de tapar rápidamente el matraz cada vez. Grafique las frecuencias de los pesos en papel milimétrico para preparar una curva de error normal. Calcule la desviación estándar y relaciónela con la curva que graficó. ¿Caen 68% de los resultados dentro de una desviación estándar?

GravimetríaEXPERIMENTO 3 DETERMINACIÓN GRAVIMÉTRICA DE CLORUROS

Principio

El contenido de cloruros en una muestra soluble se determina precipitando cloruro de plata con nitrato de plata que se agrega; después el precipitado se filtra, se seca y se pesa. El contenido de Cl se calcula a partir del peso de AgCl.

Ecuación

Ag� � Cl� → AgCl

Soluciones requeridas

1. Suministradas. HNO3 conc., NH3 conc., HCl dil. (3 M).

2. Preparadas

a) AgNO3 0.1 M. Disuelva aproximadamente 3 g de AgNO3 (no es necesario secarlos) en unos 180 mL de agua destilada. Guarde la solución en una bote-lla de vidrio ámbar. No toque el AgNO3 directamente con sus manos. Si eso sucede, lávelas de inmediato con una solución de tiosulfato de sodio. Si se deja en la piel aparecerán manchas de color café oscuro (plata metálica) a las pocas horas, y tardarán de dos a tres semanas en desvanecerse.

b) Solución de lavado. Agregue aproximadamente 2 mL de ácido nítrico concen-trado libre de cloruros a unos 600 mL de agua destilada en un frasco lavador.

1 Para reducir al mínimo los errores por evaporación, podrá ser que su profesor le indique volver a llenar la bureta por cada volumen dispensado (0-5, 0-10, . . . 0-50 mL) y verter éste en un matraz vacío.


Balanza Y Calibracion

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