FISICOQUÍMICA

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INSTRUMENTOS DE USO

HABITUAL

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TERMÓMETRO BECKMANN

El termómetro Beckmann se utiliza para la medida de cambios de temperatura cuando se requiere una gran precisión.

Se caracteriza por poseer un gran depósito de mercurio (Figura 1), un capilar de diámetro muy pequeño y un depósito de mercurio suplementario en la parte superior. El depósito superior facilita el ajuste de la cantidad de mercurio contenida en el depósito inferior, o bulbo. Como el capilar tiene un diámetro extremadamente pequeño, la escala termométrica cubre un intervalo de temperatura de sólo unos cinco o seis grados. La escala está graduada en intervalos de 0,01º ó 0,02º y con ayuda de una lupa se puede leer hasta ±0,002º. El hecho de poder tomar o quitar mercurio del depósito inferior hace posible, por una puesta a punto apropiada, el uso del termómetro en distintos intervalos de temperatura. Algunos tipos de termómetro Beckmann tienen una escala auxiliar que simplifica la puesta a punto.

EN TÉRMINOS GENERALES EL PROCEDIMIENTO PARA LA

PUESTA A PUNTO DEL TERMÓMETRO ES EL SIGUIENTE:

Supongamos que deseamos usar el termómetro para la determinación del peso molecular de un soluto no volátil, disuelto en acetona, por medio de la elevación del punto de ebullición. El punto de ebullición normal de la acetona es 56,0ºC y el de la disolución un poco mayor. El termómetro ha de colocarse por tanto, de modo que la columna de mercurio dé una lectura sobre la escala para las dos temperaturas: la temperatura de ebullición de

Figura1 la acetona pura y la temperatura de ebullición de la solución. La diferencia entre las dos lecturas es la elevación del punto de ebullición buscada.

Cuando la columna de mercurio está por debajo de la escala al sumergir el termómetro en la acetona en ebullición, se necesita añadir mercurio al bulbo. Para ello se invierte el termómetro y se golpea suavemente con objeto de llevar al capilar el mercurio del depósito superior. A continuación se endereza cuidadosamente el termómetro y se calienta el bulbo en agua caliente, hasta que la columna de mercurio llega a estar en contacto con la columna superior.

Se enfría el bulbo y el mercurio del capilar llevará adherido consigo algo del mercurio del depósito superior. Con un golpe suave se corta la columna de mercurio, y se invierte para que el exceso vuelva al depósito superior. Si la cantidad de mercurio no es suficiente, lo que se comprueba porque la columna de mercurio está por debajo del fondo de la escala cuando se sumerge de nuevo en acetona en ebullición, se repite el proceso de adición de mercurio. Consideremos ahora el procedimiento cuando la columna de mercurio está por encima de la escala, o demasiado alta en ella,

Figura 2 cuando el bulbo del termómetro se sumerge en la acetona en ebullición. El mercurio formará entonces una gotita en la parte

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superior del termómetro al final de la columna capilar. Se invierte el termómetro hasta que el mercurio superior se junte a la gotita y se golpea suavemente el termómetro. Al introducir el termómetro en el baño de acetona en ebullición se obtendrá una lectura más baja que la anterior. Si se ha separado una cantidad apropiada de mercurio se obtendrá una lectura satisfactoria. De otro modo, habrá que repetir el proceso.

MEDICIÓN DE DENSIDAD

Las densidades de los líquidos se miden generalmente pesando un volumen definido de líquido en un picnómetro o determinando el efecto del empuje en un flotador sumergido en el líquido (Principio de Arquímides).

Cuando se dispone de suficiente cantidad de líquido la densidad se puede determinar mediante los densímetos o mediante la balanza de Westphal. PICNÓMETROS

Una manera de determinar la densidad de un líquido es midiendo la masa necesaria para llenar un recipiente de volumen definido (generalmente de alrededor de 5-15 ml). Este recipiente se conoce con el nombre de picnómetro y se calibra con agua destilada. La precisión de las densidades determinadas por este método es de ±0,0001 lo que es suficiente para los trabajos comunes. Uso del picnómetro:

Se pesa primeramente el picnómetro (figura 3) vacío, limpio y seco, luego se llena con agua destilada y se sumerge en un termostato en el que la temperatura se mantenga constante dentro de 0,1°. Aproximadamente a los 15 minutos cuando se haya alcanzado el equilibrio térmico se ajusta la cantidad de agua, se saca el picnómetro del baño y se seca. Si se determina la densidad a una temperatura menor que la ambiente se debe cuidar que por dilatación no salga agua del picnómetro. Luego se pesa. Posteriormente se repite esta secuencia de operaciones con el líquido problema.

Cálculo de densidad:

En el cálculo de densidad se debe efectuar una corrección teniendo en cuenta el empuje del aire.

Figura 3

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1 /

D

/

Wv = peso del agua en el vacío. W'v = peso del líquido problema en el vacío. W'= peso aparente del líquido problema. W = peso aparente del agua. d = densidad media del aire (0,001184 a 750 mmHg y 25°C ; 0,001199 a 770 mmHg y 25°C). D= densidad del agua a 25°C (0,9971 g/mL)

MEDICIÓN DE VISCOSIDAD

La facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro pequeño es una indicación de su viscosidad. La viscosidad es una propiedad físico-química de los fluidos y representa la resistencia que presentan los fluidos al fluir. Los fluidos reales muestran una amplia diversificación de resistencia a los esfuerzos cortantes. Las unidades de viscosidades en el SI son Ns/m2 = Pa s, aunque se suele utilizar, la dina/cm2, llamada poise, en honor al físico francés Poiseuille. VISCOSÍMETRO Un viscosímetro (denominado también viscómetro) es un instrumento para medir la viscosidad y algunos otros parámetros de un fluido. Fue Isaac Newton el primero en sugerir una fórmula para medir la viscosidad de los fluidos. En 1884 Poiseuille mejoró la técnica estudiando el movimiento de líquidos en tuberías.

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VISCOSÍMETRO DE OSTWALD En esencial, el Viscosímetro Ostwald (figura 4) consta de un tubo capilar T unido por su parte inferior a un tubo más ancho curvado en forma de U, y por la parte superior a una ampolla o ensanchamiento limitada por dos señales (a y b) que encierran un volumen V. La viscosidad de un líquido se calcula midiendo el tiempo que tarda en atravesar el tubo capilar, que como su nombre indica es lo suficientemente estrecho como para apreciar una dificultad notable en el paso del líquido. Figura 4

El viscosímetro debe estar completamente seco y en posición vertical se coloca una cantidad conocida del fluido al depósito A aproximadamente 7 ml, después se procede a colocar el viscosímetro en un baño maría. Con ayuda de una manguera se succiona la muestra líquida hasta un punto a; desde ahí se mide el tiempo hasta que baje al punto b, bajo una diferencia medida y constante de presiones. Están gobernados por la ecuación de Hagen –Poiseuille:

Δ 8

Siendo η la viscosidad cinemática. Si el líquido fluye únicamente por acción de la gravedad en un tubo situado verticalmente, ∆p =ρgh; reemplazando este valor en la ecuación de Hagen-Poiseuille; siendo ρla densidad del fluido y h la altura de la columna.

8

Todas las constantes de la ecuación anterior se pueden combinar en la constante B del viscosímetro:

8

Donde: V es el volumen del líquido que fluye a través de un capilar de radio r bajo la influencia de la gravedad g. La altura promedio de la columna del líquido en el viscosímetro durante la medición se denota como h, y L es la longitud del tubo capilar. Reemplazando el valor de B en la ecuación: η

η = Β ρ t [Pa* s] Donde: B: Constante del viscosímetro o constante viscosimétrica (m2/s2) t: Tiempo en que el fluido cae de la marca superior a la inferior (de a hasta b), (s)

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La ecuación anterior permite determinar experimentalmente la viscosidad cinemática de un líquido para los viscosímetros de tubo capilar. El valor de B (constante del viscosímetro), depende por lo tanto de la geometría de cada viscosímetro en concreto y suele darlo el constructor. También puede determinarse utilizando un líquido de viscosidad conocida. Normalmente se determinan las viscosidades relativas referidas al agua. El funcionamiento del viscosímetro de Ostwald se basa en la ley de Poiseuille. Partiendo de la ley de Pouseille se puede obtener la viscosidad de un líquido conociendo la viscosidad del otro y la densidad de ambos, según:

η′ η ρ′ρ t′t

Basta con medir el tiempo que tardan ambos en atravesar el mismo viscosímetro, dado que el resto de magnitudes (volumen de líquido considerado, longitud y radio del capilar, pérdida de carga) se mantienen constantes.

MEDICIÓN DE CONDUCTIVIDAD CONSIDERACIONES GENERALES

En los conductores electrolíticos p. ej. soluciones de electrolitos fuertes y débiles, sales fundidas y algunas sales sólidas como el NaCl y AgNO3 los iones son los responsables del flujo de corriente.

Cuando se trata de conductores electrolíticos es costumbre hablar de conductancia en lugar de hablar de resistencia eléctrica.

Sabemos que la resistencia de un conductor es directamente proporcional a su longitud e inversamente proporcional al área de su sección transversal, esto es:

R= ρ. l/A donde R es la resistencia en "Ω ", "l" la longitud en cm, "A" el área en cm2 y "ρ" la resistividad cuyo valor depende de las características y naturaleza del conductor.

La conductancia es el recíproco de la resistencia y por lo tanto se deduce que:

G=1/R = 1/ρ (A/l)

G= κ (A/l) donde κ es la conductividad específica del conductor. Resultando que:

κ= G . K

Donde "K" se denomina constante de la celda y se determina experimentalmente por

el procedimiento que más adelante se describirá.

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En la medición de conductividad se utiliza corriente alterna pues los cambios de concentración del electrolito y la formación de productos de electrólisis en los electrodos cambia la conductividad de la solución.

La celda conductimétrica tiene electrodos de platino recubiertos con negro de platino coloidal. El platino coloidal adsorbe los gases producidos durante cada medio ciclo de corriente alterna. CORRESPONDENCIA ENTRE LAS UNIDADES MÁS USUALES.

La conductividad específica se expresa en S/cm (Siemens/cm) ó Ω-1/cm siendo ambas unidades equivalentes.

Son usuales las medidas un millón de veces menores que éstas y para fines prácticos se utiliza µS/cm.

Dado que la conductividad varía con la temperatura las lecturas deben ser referidas a una temperatura determinada (normalmente 20°C). CONDUCTÍMETRO ANTARES III DESCRIPCIÓN

Permite determinar las conductividades en el rango 0,1 a 200.000 µS/cm en cuatro pasos, x1, x10, x100, x1000 con indicación directa sobre display digital.

En su frente se disponen los controles para operación del equipo y la presentación digital (ver Figura 5).

En su parte trasera se encuentran los conectores de celdas, registrador y las conexiones de línea y tierra (ver Figura 6).

Exactitud típica 0,5%, máxima ±2% y en extremos de rango 3%. La celda conductimétrica es de inmersión y está construida en vidrio Pyrex, con

electrodos de platino platinizado. La constante de la celda es 1 cm-1.

OPERACIÓN 1.- El equipo se debe ubicar sobre la mesa de trabajo evitando zonas húmedas, vapores ácidos, temperaturas no mayores a 45°C y exento de vibraciones. 2.- Insertar la barra soporte de celdas (5) en el lateral derecho del equipo, deslizar la pinza portaceldas (8) en la barra soporte y colocar la celda en la pinza soporte. 3.- Insertar la celda (9) en el conector (10) ubicado en el panel trasero del equipo. PUESTA EN MARCHA 1.- Conectar el equipo a la red de alimentación de 220 VCA. 2.- Colocarlo a tierra. 3.- Disponer la llave de rangos (3) en la posición "cero". 4.- Con la llave (15) del panel trasero encender el equipo apreciando este efecto en el display (1).

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MEDICIÓN 1.- Determinar mediante un termómetro la temperatura de la muestra y fijarla en (2) en el valor correspondiente en °C. 2.- Sumergir la celda en la muestra hasta cubrir con la misma los orificios superiores tratando de que no apoye en el fondo del recipiente utilizado. 3.- Agitar suavemente. 4.-Pasar la llave de rangos a la posición en la cual la lectura sea la de mayor cantidad de dígitos enteros posibles. Ejemplo: en el rango x 103 se obtiene una lectura de 1,0 µS/cm; en el rango x102 se lee 10,2 µS/cm y en el rango x10 se obtiene una lectura de 102,6 µS/cm. Se tomará como válida esta última. En este rango se comete el menor error dado que la lectura no pertenece a los extremos de la misma como ocurre con las otras dos. 5.-Luego se debe operar la llave de frecuencia (4) de modo que si las lecturas obtenidas son menores o iguales a 2.000 µS/cm la medida se efectuará con 300 c/s y si son superiores a 2.000 µS/cm se operará con 3.000 c/s. Esto puede provocar un cambio en la medición, pero se tomará como verdadera la conductividad obtenida según se indicó. 6.-Si al seleccionar los rangos se obtiene en uno de ellos la lectura 1 en el dígito extremo izquierdo indica sobrerrango o sea que la conductividad de la muestra supera la escala posible en dicho rango. Se deberá proceder a pasar la llave de rangos al inmediato superior. 7.-La lectura obtenida según se indicó multiplicada por el factor que indique la llave de rangos dará el valor de la conductividad de la muestra en µS/cm a 20°C. Esto será así si la celda empleada es la de constante 1 cm-1. De utilizarse otra celda se deberá corregir el valor leído. E.-CONSIDERACIONES SOBRE LA TEMPERATURA. 1.-El equipo se provee con el corrector manual de temperatura referido a la curva del NaCl de 2,3 %/°C. 2.-El punto de la curva para el cuál fue calibrado este corrector es el de 20°C. 3.-Si se determinan muestras que poseen temperaturas distintas a este valor y se posiciona el control °C en cada una de estas temperaturas, las lecturas serán referidas a 20°C. 4.-Si se desea saber el valor de la conductividad de la muestra a la temperatura de la misma se deberá posicionar el control °C en el punto correspondiente a 20°C. F.-LIMPIEZA Y CONSERVACIÓN

La celda (figura 7) posee electrodos de platino con una delgada capa de negro de platino. Esta capa es sumamente delicada y no admite la limpieza con elementos mecánicos factibles de deteriorarla.

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Si se nota un deterioro de la superficie de negro de platino se procederá a replatinizar los electrodos de la celda.

Figura Figura 7

Habitualmente en los laboratorios es necesario obtener medidas de masa. Para ello se utiliza la balanza, que no es sPueden ser de diferentes tipos y modelos pero todas están constituidas básicamente por una palanca de primer género que se encarga de comparar la masa de dos cuerpos valiéndose de sus pesos. En el laboratorio clínico las balanzas puedgranatarias y analíticas. En general las balanzas granatari

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ioro de la superficie de negro de platino se procederá a replatinizar

Figura 5

7

BALANZAS

Habitualmente en los laboratorios es necesario obtener medidas de masa. Para ello se utiliza la balanza, que no es sólo un instrumento básico sino también el Pueden ser de diferentes tipos y modelos pero todas están constituidas básicamente por una palanca de primer género que se encarga de comparar la masa de dos cuerpos valiéndose de sus pesos. En el laboratorio clínico las balanzas pueden ser de

n general las balanzas granatarias poseen una sensib

ioro de la superficie de negro de platino se procederá a replatinizar

Figura 6

Habitualmente en los laboratorios es necesario obtener medidas de masa. Para ello se lo un instrumento básico sino también el más preciso.

Pueden ser de diferentes tipos y modelos pero todas están constituidas básicamente por una palanca de primer género que se encarga de comparar la masa de dos cuerpos

en ser de dos tipos; as poseen una sensibilidad de

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0,1 g, carga máxima de 2610 g y son menos sensibles que las analíticas. Pueden ser mecánicas (uno o dos platillos) ó electrónicas (un platillo). Algunos perfeccionamientos recientes han permitido hacer más fácil y más rápido el empleo de las balanzas, pero no se ha modificado los principios de su funcionamiento. PRINCIPIO Y METODOLOGÍA DE LA DETERMINACIÓN En las balanzas la operación de pesar, consiste en comparar una masa estándar (pesas) con la masa del objeto. El proceso se basa en la ecuación de Newton que establece: P = m. g. Este último valor, varía en los diferentes lugares de la superficie de la tierra, por lo tanto el producto m. g también variará. En la igualdad anterior m se mantiene constante. Al comparar el peso desconocido con los estándares conocidos de las pesas, se tiene que: P estándar = m estándar . g; P objeto = m objeto . g En estado de equilibrio g, actúa con el mismo valor tanto sobre las pesas como sobre el objeto, de donde resulta: m estándar = m objeto y P estándar = P objeto Por consiguiente cuando la masa de los dos cuerpos son iguales sus pesos también lo son. Generalmente no se usa la expresión masa al emplear la balanza, sino la expresión peso, y a su determinación se le denomina pesada. Para llevar a cabo la pesada se utilizan recipientes adecuados (vidrios de reloj, cápsulas de porcelana, etc) aunque también es posible emplear papel de filtro. En cualquier caso, lo primero que se debe hacer es tarar el instrumento, posteriormente se adiciona la cantidad de sólido deseada, se apaga y por último se limpia. Se debe instalar la balanza en un lugar libre de vibraciones, flujo de aire y lejos de la radiación solar, siguiendo las instrucciones de instalación del manual de usuario. Es importante seguir una serie de reglas para obtener pesos exactos. Seguir las indicaciones para pesar muestras en la balanza granataria (figura 8):

1. Nivelar la balanza usando los tornillos niveladores verificando que la burbuja de nivel esté al centro. 2. Conectar el equipo a un tomacorriente estándar de 220 V. 3. Presionar una sola vez la tecla de encendido/apagado ON/OFF para prender el equipo. 4. Esperar que el equipo haga las

Figura 8 verificaciones de calibración automática esto dura aproximadamente 20 segundos, durante ese tiempo no tocar el equipo. 5. Colocar sobre el plato de pesaje el papel o recipiente para pesar la muestra. 6. Presionar la tecla central para llevar a cero (tarar) el equipo 7. Agregar poco a poco la muestra a ser pesada sobre el papel o recipiente, utilizando una espátula apropiada hasta alcanzar el peso requerido. Evitar en lo posible derramar la muestra fuera del papel o soporte colocado sobre el plato de pesaje. 8. Si se excediera el peso que se requiere, retirar el papel o recipiente con la muestra, sacar el exceso de muestra y volver a poner todo nuevamente sobre la balanza para verificar el peso. 9. Retirar la muestra pesada, cuidadosamente y sin derramar. 10. Apagar la balanza presionando la tecla de encendido/apagado ON/OFF

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BALANZAS ANALÍTICAS 1.- INTRODUCCIÓN La balanza analítica más común es la de un solo platillo cuya capacidad es de 100 a 200 g y su sensibilidad de 0,01 a 0,1 mg. Existen varios tipos de balanzas entre las más frecuentes se tienen a las: mecánicas y electrónicas. Las pesas forman parte integrante del instrumento, encontrándose suspendidas en la misma cuchilla que el platillo. A diferencia de la balanza analítica manual los brazos de la cruz son de diferente longitud, el corto soporta al platillo y a las pesas y el largo a un contrapeso. El movimiento de las pesas se realiza haciendo girar botones que se encuentran fuera de la caja del instrumento. Por su parte, las electrónicas poseen un solo platillo pero no contienen pesas integradas y funcionan en base a campos electromagnéticos. Esta última balanza tiene errores potenciales que no se observan en las mecánicas. 2.- PRINCIPIO Y METODOLOGÍA DE LA DETERMINACIÓN

En las balanzas analíticas mecánicas la pesada se realiza quitando pesas incorporadas al instrumento, en cantidad equivalente al peso del cuerpo por pesar (métodos de pesadas por sustitución). La cruz se vuelve a una posición cercana a la original, y la desviación residual se lee en la escala iluminada. En la balanza electrónica se utiliza una acción electromagnética para volver la cruz a su posición original. La corriente eléctrica necesaria para generar dicha acción es proporcional a la masa del objeto que se pesa. Manejo de la balanza analítica eléctrica Sartorius (Figura 9) 1. Al efectuar las pesadas asegurarse que la balanza este nivelada y el platillo limpio. 2. Desbloquear la balanza, espere a que la escala proyectada este en reposo. Verificar que las escalas que aparecen en la pantalla luminosa marquen cero. Hacer coincidir el cero de la escala iluminada (00) con el (0) del vernier usando para ello la perilla lateral (1). Asegurarse que la balanza esté descargada y sus dos puertas

Figura 9 de vidrio estén cerradas. 3. Girar la perilla (2) hacia delante. Se encenderá una luz en el panel de la balanza; y en la escala se verá un valor, el cual se denomina prepesada y que corresponde al peso aproximado del objeto. 4. Volver la perilla (2) al centro (posición de bloqueo) 5. Colocar dicho peso con los botones giratorios (3) destinados para las pesas, luego proceder a mover la perilla (2) hacia atrás; en posición de pesada. Si la escala no aparece mover los botones disminuyendo la masa.

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6. Apagar la balanza y sacar el objeto pesado, colocar los botones en su posición original (cero). Nota Con la balanza Sartorius las posiciones de la perilla para liberar el platillo (2) son las siguientes: adelante (prepesada); centro (posición de bloqueo); y atrás (pesada). No desbloquear la balanza en pesada si antes no se conoce el peso aproximado del objeto o sustancia a pesar. No se añadirán o quitarán objetos a la balanza mientras se encuentre desbloqueada. Instrucciones para el uso de la balanza Cobos (Figura 10) 1. Asegurarse que la balanza este nivelada y el platillo limpio. La balanza dispone de un nivel de burbuja en la parte superior. Para nivelar la balanza utilice los pies niveladores (9).

2. Desbloquear la balanza, espere a que la escala proyectada este en reposo. Verificar que las escalas que aparecen en la pantalla luminosa marquen cero. Hacer coincidir el cero de la escala iluminada (00) con el (0) del vernier usando para ello la perilla debajo de la base de la balanza en la parte frontal (8). Asegurarse que la balanza esté descargada y sus dos puertas de vidrio estén cerradas. 3. Colocar cuidadosamente el objeto a pesar en el plato utilizando una pinza y cerrar las ventanas. 4. Llevar la perilla (7) a la posición prepesada, de modo que en el visor aparezca la micro-escala sobre fondo verde. 5. Girar el mando (1) avanzando hasta que los números de la micro-escala se desplacen o desaparezcan, cuando esto ocurra situar el mando en el número anterior si la escala tiende a bajar o en el posterior si tiende a subir. 6. Continuar esta operación con los

Figura 10 mandos (2) y (3). Si en algún caso la micro-escala no se desplazara, ponga el mando correspondiente en la posición 9 y continúe la operación con el otro mando. 7. Cuando tenga los tres mandos colocados gire el mando (7) a la posición pesada y espere a que se estabilice. 8. Cuando el objeto a pesar supere los 100 g accione el mando (4). 9. Para leer el resultado de la pesada actúe de la siguiente forma: - Tome los dos números blancos de los mandos 1 y 2 situados frente a la flecha - Coloque una coma decimal - Tome el número de mando en rojo

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- A continuación tome los dos números de la micro-escala móvil situados justo frente a la raya que marca el 0 de la escala impresa en el visor. - Por último tome el número de la escala impresa en el visor cuyo guión coincida sobre el de la micro-escala móvil. 10. Pasar la perilla (7) a la posición bloqueo. 11. Descargar la balanza llevando todos los botones a cero.

Figura 11 Nota: Es conveniente bloquear la balanza para accionar los mandos (1) y (2). PRECAUCIONES GENERALES PARA EL USO DE LAS BALANZAS: Recuerde siempre: − Después de haber pesado en la balanza debe dejarla descargada, cerrada, limpia y con su cubierta de protección. − Si una sustancia se derrama sobre el platillo o piso de la balanza, se debe limpiar inmediatamente con mucho cuidado con un trapo ligeramente húmedo, sin detergentes abrasivos. - Los objetos a pesar deben estar a temperatura ambiente. − Si en la balanza aparece que algo anda mal solicite la ayuda del profesor. − Al pesar, mantenga siempre cerradas las puertas de vidrio para evitar que el material absorba humedad y/o que el aire perturbe el equilibrio del platillo CONFIABILIDAD ANALÍTICA Siempre que sea posible, la habitación en donde se coloque la balanza debe tener sólo un acceso, para que no pueda usarse como habitación de paso. Como puesto de trabajo son particularmente idóneos los rincones de una habitación. No colocar la balanza muy cerca de ventanas, pues existe el peligro de que los rayos solares directos la calienten irregularmente. Lo mismo ocurre con los radiadores próximos que, además de la radiación térmica directa, suelen producir corrientes de aire bastante fuertes. La mesa donde se coloque la balanza debe ser rígida de manera que no ceda o se incline durante las operaciones de medida ó transmita un mínimo de vibraciones posible. Ser antimagnética (no contener metales o acero) y protegida de cargas electrostáticas La balanza no debe montarse cerca de acondicionadores de aire ni de ventiladores, los cuales producen turbulencias del aire demasiado fuertes.

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Lo más conveniente es una iluminación artificial, una habitación sin ventanas. Los aparatos de iluminación deben estar instalados a suficiente distancia de la mesa de pesar. Para evitar radiación térmica perturbadora, no deben instalarse lámparas de gran potencia. Son recomendables los tubos fluorescentes

ESPECTROFOTÓMETRO

INTRODUCCIÓN La espectrofotometría UV-visible es una técnica analítica ampliamente utilizada en los laboratorios para el análisis cuantitativo de numerosos compuestos, debido principalmente a su sencillez operativa y a la rapidez en el análisis. Permite determinar la concentración de un compuesto en solución a partir de la cantidad de luz absorbida por una muestra, en el rango del espectro del ultravioleta (UV) y visible (Vis) aplicando la ley de Lambert-Beer. Se basa en que las moléculas absorben las radiaciones electromagnéticas y a su vez que la cantidad de luz absorbida depende de forma lineal de la concentración. Para hacer este tipo de medidas se emplea un espectrofotómetro, en el que se puede seleccionar la longitud de onda de la luz que pasa por una solución y medir la cantidad de luz absorbida por la misma. Por ello, para generar datos confiables es de gran importancia la verificación previa del funcionamiento del espectrofotómetro. Los principales parámetros a controlar en estos equipos son: la exactitud de la longitud de onda, la exactitud y precisión fotométrica, la linealidad fotométrica y la verificación de la luz difusa o parásita. Si un haz de luz monocromático paralelo (I 0) atraviesa una cubeta de b cm de paso óptico, conteniendo una solución con una concentración (c) de una especie absorbente. A causa de la interacción de la luz y de las partículas absorbentes la intensidad del haz se atenúa de I 0 a I . La transmitancia (T) de la solución es entonces la fracción de la radiación incidente transmitida por la solución:

! ""# También puede expresarse en forma porcentual:

! % ""# % 100 A fin de obtener ecuaciones de ajuste lineal se utiliza su transformada logarítmica conocida como absorbancia (A) de una solución y definida por la ecuación

' log ! log "#" La absorbancia de una solución aumenta cuanto mayor es la atenuación del haz de luz, ocurriendo lo inverso en la transmitancia. La absorbancia es directamente proporcional a la longitud b de la trayectoria a través de la solución, y a la concentración c de la especie absorbente. Estas relaciones se expresan en la ley de Lambert-Beer como: ' + , -

ε = absortividad molar expresada en L mol-1 cm-1 b = distancia recorrida a través de la solución (paso óptico) expresada en cm c = concentración de la solución expresada en mol L-1

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FUNDAMENTOS Equipamiento La mayoría de los instrumentos espectroscópicos, como el espectrofotómetro, están constituidos por cinco componentes: lámpara o fuente luminosa, selector de longitud de onda, celda para alojar la muestra, detector de radiación, y amplificador de señal con medidor o registrador. Los espectrofotómetros de la línea Metrolab, modelos RC 325 (Figura 12) son equipos de lectura directa, simple haz con óptica a red de difracción y combinan un amplio rango de aplicaciones con gran sencillez de operación. Poseen un rango espectral de 330-990 nm, utilizando un sistema automático de introducción de filtros antiluz espurea.

Figura 12 Manejo del espectrofotómetro Digital 1. Encender el instrumento y dejarlo calentar (no menos de 15 minutos) 2. Seleccionar la longitud de onda (1), se lee en la perilla (2). 3. Llevar el selector (5) a %T o A en función de lo que se desea determinar 3. Verificar el cero de %T. Colocar el cuerpo negro de tal forma que tape el haz de luz (camino óptico) y fijarse que la señal luminosa coincida con el cero de la izquierda de la escala, en caso de no coincidir mover el botón de cero (3) hasta que quede calibrado. 4. Calibrar a cero de absorbancia, 100% de transmitancía. En una celda colocar el solvente, introducirla al porta celdas, tapar y ver que la señal coincida con el cero, si no está calibrado mover el botón (4). 5. Una vez calibrado el instrumento colocar la muestra problema en una celda y hacer la lectura en la escala seleccionada (%T o A). Mantenimiento preventivo y cuidado

- Debe limpiarse cualquier líquido volcado para evitar acción corrosiva de cetonas sobre pinturas, perillas, panel de instrumentación, etc.

- Cubra con la funda el equipo cuando no se halle en uso permanente, si no se usa durante varios días, desconectarlo de la línea.

- Nunca limpie las superficies ópticas reflectantes con paños, solventes. Únicamente eche aire con una perita.

- Coloque el equipo en lugares ventilados, libre de vapores corrosivos. - Evite la instalación cerca de estufas. - Colocar en mesas antivibraciones.

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Protección de cubetas

- Proteja las cubetas de rayaduras, nunca permita que se raspen entre sí, o contra una superficie áspera

- Evite aceites limpiadores que contengan elementos corrosivos, abrasivos o que produzcan manchas. Asegúrese que las caras expuestas al haz luminoso estén perfectamente limpias.

- Siempre seque las caras ópticas con un trapo seco y libre de polvo (papel tissue) - Evite las pelusas e impresiones digitales. Tome siempre la cubeta del extremo

superior no expuesto al haz luminoso. - Asegúrese que no haya burbujas en las paredes interiores de la cubeta,

particularmente en soluciones frías. - Para mayor precisión y reproducibilidad use siempre cubetas de un mismo tipo. - Coloque las cubetas siempre en la misma posición respecto del

espectrofotómetro.

POLARÍMETRO

La polarimetría es una Técnica Analítica que tiene su fundamento en la interacción de las radiaciones electromagnéticas con la materia, y puede definirse como el estudio de la rotación de la luz polarizada por sustancias ópticamente activas y transparentes. La actividad óptica rotatoria de una sustancia, tiene su origen en la asimetría estructural de las moléculas. Luz polarizada es aquella que consta de radiaciones que vibran en un solo plano. Cuando un rayo polarizado atraviesa sustancias ópticamente activas, ocurre una interacción entre las radiaciones y las moléculas de la sustancia ocasionando un giro del rayo fuera de su plano de oscilación original ver (Figura 13). Sustancias ópticamente activas son las que hacen girar el plano de vibración de la luz polarizada. Se dice que la sustancia es dextrógira (o positiva, +) si el giro ocurre en el sentido de las agujas del reloj para un observador que mira hacia la fuente de luz, y levógira (-) si el giro ocurre en sentido contrario

Figura 13 El polarímetro es un instrumento que sirve para medir la rotación óptica producida

por un líquido o una solución.

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PRINCIPIO DE MEDICIÓN.

El principio de medición puede explicarse observando la Figura 14. Un haz de luz monocromático (generalmente se utiliza la línea amarilla del sodio

de λ= 5890 Å - 5896 Å ó para trabajos de mayor precisión se puede usar la línea verde de mercurio de λ=5461 Å) es polarizado linealmente.

La luz polarizada pasa a través de la solución, si ésta contiene una sustancia ópticamente activa produce la rotación del plano de vibración de la luz polarizada. Luego el haz de luz atraviesa un segundo polarizador llamado analizador y finalmente llega al ocular.

Figura 14

La rotación del plano de vibración de la luz polarizada producida por una sustancia ópticamente activa se determina por aquel ángulo que hace falta girar el analizador hasta obtener un campo visual de aspecto uniforme, lo mismo que antes de interponer la sustancia rotatoria.

Si el analizador se mueve en el sentido de las agujas del reloj la sustancia es dextrógira y sino levógira.

La posición cero del analizador es aquella en la que los dos polarizadores están formando un ángulo de 90° y no pasa la luz.

Si se coloca entre ellos una sustancia ópticamente inactiva el campo aparece oscuro y si la sustancia presenta actividad óptica la luz es transmitida.

El brillo máximo en el ocular se observa cuando la dirección de paso relativo de los dos polarizadores es paralela.

Normalmente se trabaja con brillo mínimo de manera que un pequeño cambio en la intensidad luminosa produce un gran cambio relativo.

Las sustancias ópticamente activas producen rotación del plano de polarización y por lo tanto si entre los dos prismas se coloca una sustancia que hace girar el rayo polarizado un ángulo B, el prisma analizador se deberá girar B grados más para que nuevamente refleje totalmente el rayo, o sea que si el observador está frente al prisma analizador, deberá girarlo hasta que no vea nada de luz, y luego leer el ángulo girado. Como el ojo humano es mejor para igualar intensidades de luz, que para definir cuando hay oscuridad total, se usan los llamados dispositivos de media sombra para facilitar la medición. Estos son de diferentes tipos y funcionan polarizando la mitad del haz

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luminoso en determinado plano y la otra mitad en un plano ligeramente diferente. Luego si el observador gira el prisma analizador para que refleje totalmente la mitad del haz, pasará algo de la otra mitad, verá la mitad del campo óptico oscura, y la otra un poco iluminada, girando muy poco más, reflejará la segunda y pasará algo de la primera. Devolviéndolo muy lentamente encontrará un punto intermedio en el que el campo óptico esta uniforme y débilmente iluminado CARACTERISTICAS DEL POLARÍMETRO DE CÍRCULO CARL ZEI SS JENA. Construcción óptica

La construcción óptica del polarímetro de círculo se muestra en la Figura 15.

Figura 15 La luz que parte de la lámpara espectral de sodio (1) llega a la lente de iluminación

(2) y después de atravesar el filtro de cristal de color (3) se polariza por el filtro polarizador (4) de tal modo que la luz saliente de la placa de Laurent (5) forme con su dirección de polarización un ángulo de penumbra de unos .

La muestra a medir se encuentra en un tubo polarimétrico (6). El filtro analizador (7) está fijamente unido con el plano del círculo graduado y de los nonios (11) y puede girarse con el accionamiento (12). El ángulo de rotación se lee a través de las lupas (10), sin necesidad de mover la cabeza, sino solamente el ojo observador.

El campo visual se observa con un anteojo cuyo objetivo (8) y ocular (9) dan un aumento de unas dos veces.

Entre polarizador y analizador no existe ninguna óptica refractiva que pudiera variar el estado de polarización.

Desde luego las ventanillas de los tubos polarimétricos tienen que estar colocadas libres de tensión por el peligro de producirse birrefringencia perturbadoras, puesto que el campo visual se observa a través del tubo polarimétrico, entonces llega a variarse la nitidez (antes enfocada con ayuda del ocular), al interponerse un tubo polarimétrico, por la influencia del índice de refracción de la sustancia a examinar.

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Campo visual tripartido

Al mirar a través del ocular, teniendo encendida la lámpara de sodio se verá un campo luminoso circular dividido en tres sectores, de color rojo amarillento.

Al girar el analizador los dos sectores exteriores llegan a oscurecerse y aclararse siempre al mismo tiempo y uniformemente, mientras que la parte del medio muestra una variación de claridad contraria (Figura 16). Dos líneas nítidas separan la parte del medio de los dos sectores exteriores. Esta tripartición permite un enfoque fácil del ángulo de rotación. Hay dos posiciones del analizador separadas 90° entre sí en las cuales aparecerá la parte del medio con la misma claridad que los dos sectores exteriores. En una de las dos posiciones (la más clara) la sensibilidad de enfoque es muy reducida y en la otra (la más oscura) la densidad luminosa de las partes del campo visual cambia rápidamente en sentido contrario, de modo que en este caso el enfoque a igual densidad luminosa puede efectuarse con mucha exactitud. En esta "posición de penumbra sensible” se trabaja con el polarímetro. Por giro del analizador, las mitades del campo visual se igualan de tal manera que las líneas de separación desaparezcan casi completamente.

1- Posición no balanceada

(parte central oscura) 2- Posición Balanceada

(igual iluminación en todo el campo)

3- Posición no balanceada (partes laterales oscuras)

Figura 16

Construcción mecánica y accesorios de observación.

El círculo graduado va provisto de una graduación angular de dos veces 180°. Un nonio dividido en 20 partes permite la lectura de la graduación angular del

intervalo de 1° con una precisión de 0,05 (Figura 17). La lectura de la graduación angular se hace con ayuda de dos lupas que están fijadas en el cabezal ocular por ambos lados del ocular de observación. De este modo es posible hacer inmediatamente la lectura del valor de medición después de haber efectuado el enfoque. Por lo general es recomendable tomar como valor de medición siempre el promedio de las lecturas efectuadas en ambas mitades del círculo graduado (a la izquierda y a la derecha), a pesar de que los errores del círculo graduado son inferiores a la precisión de lectura.

Puesto que una temperatura de 20°C ha de considerarse como temperatura normal del cuarto, a la cual han de referirse los valores de rotación, y como a esa temperatura la dependencia de la rotación con la temperatura es muy pequeña (inferior a 0,005 (T-20), se puede prescindir de una termorregulación particular del aparato.

Los tubos polarimétricos son tubos cilíndricos de porcelana que están ensanchados en sus extremos para recoger burbujas de aire eventualmente existentes.

El tubo está cerrado por medio de ventanillas de cristal plano paralelas que se fijan con anillos roscados, un anillo de goma entre ventanilla y anillo roscado sirve para amortiguar la presión.

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Figura 17

Instrucciones para el uso Enfoque nítido del campo visual

Para mediciones exactas es importante efectuar la determinación del ángulo de rotación solamente con líneas divisorias visibles con nitidez. A tal efecto el manguito ocular moleteado se gira hasta que las líneas aparezcan con nitidez.

Enfoque del analizador y lectura del valor de medición.

El campo visual tripartido se enfoca a igual densidad luminosa por giro del disco de accionamiento del analizador. Para el enfoque se retrogira siempre a la misma claridad, hasta haber logrado la posición más sensible, lo que se reconoce en su sombreado y en el cambio rápido de las claridades durante los giros más pequeños del analizador.

La lectura del enfoque del analizador se hace en la escala graduada con ayuda de los nonios I y II (ver Figura 17).

Enfoque y lectura se efectúan con el tubo polarimétrico lleno con agua destilada y luego lleno con la sustancia ópticamente activa. Se hace la lectura de los grados enteros, detrás de los cuales se encuentra el trazo cero del nonio y se agrega el número de los décimos y medios grados determinando a tal objeto, qué trazo del nonio coincide con un trazo de la graduación.

Ejemplo para la posición del nonio I (Figura 18)

Figura 18

El trazo cero del nonio se halla entre los trazos 3 y 4 de la graduación, el trazo del

nonio indicador de 0,65 coincide con un trazo de la graduación, por consiguiente se hace la lectura + 3,65°.

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Al tratarse de rotaciones pequeñas es suficiente usar el nonio I. El nonio II sirve para eliminar una excentricidad eventualmente existente en los círculos y para reducir el error de medición fotométrica. El nonio II se utiliza para rotaciones grandes, tomando el promedio de las dos lecturas efectuadas en los nonios I y II.

Es recomendable repetir varias veces los enfoques y lecturas para formar del resultado el promedio correspondiente, con lo cual se logra una precisión de medición de error de 0,05°.

Al tener sustancias muy coloreadas y poco transparentes debe efectuarse la medición en el cuarto oscurecido. Si esta medida no da resultado hace falta usar un tubo más corto o diluir la solución, siempre que esto sea posible sin variar las propiedades. Definición y relación de las magnitudes de medición

El ángulo de rotación medido depende de la naturaleza de la sustancia atravesada por los rayos, del espesor y la temperatura, así como de la longitud de onda de la luz utilizada. En disoluciones depende además de la concentración. Instrucciones de manejo:

a. Se conecta el estabilizador a la línea. (cerciorarse que el voltaje es el adecuado 220 V). b. Se prende la lámpara colocando el interruptor en la posición de encendido, la lámpara espectral de sodio se debe iluminar débilmente. Se deja calentar durante 15 minutos. c. Se llena el tubo de observación con agua destilada, (el tubo tiene una ventana de vidrio en cada extremo y dentro de él se coloca la solución a analizar.

Figura 19 con las siguientes precauciones: - Se quita cuidadosamente la tapa de uno de los extremos, ya que el vidrio que posee viene generalmente suelto y puede caerse. - Se llena completamente el tubo, colocando un poco más de líquido hasta que rebalse. - Se tapa deslizando el vidrio sobre el extremo del tubo lentamente, para que salga el aire retenido. Se ajusta la tapa pero sin hacerle mucho esfuerzo. - No deben quedar burbujas de aire en el tubo. Se seca externamente el tubo con un papel suave, que no deje motas, antes de llevarlo al instrumento. d. Se ubica el tubo de observación en el instrumento y se cierra la tapa del compartimiento. e. Se debe verificar que la lámpara de sodio este bien enfocada hacia el Polarímetro. f. Mirando por el ocular y ajustando el anteojo se enfoca el campo óptico hasta verlo nítido.

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g. Se gira la perilla de medición localizando el punto alrededor del cual ocurren los cambios que se indican en la figura 16 h. Con el control de enfoque (12 figura 15), se ajusta el anteojo para ver nítido el campo y con la perilla de medición se ubica el punto de balance del campo óptico. i. Se lee el ángulo de giro Β, en el Círculo de graduación. Las décimas de grado las lee en el nonio, buscando la línea del nonio que coincide con una línea del círculo de graduación (figura 17). Para facilitar la lectura se hace uso de las pequeñas lupas (10 figura 15) dispuestas a lado y lado del ocular.

REFRACTÓMETRO PRINCIPIO Y METODOLOGÍA DE LA DETERMINACIÓN

Cuando un rayo de luz pasa oblicuamente de un medio a otro de densidad diferente, su dirección, cambia al atravesar la superficie que los separa (Figura 20a). A esto se le llama refracción. El índice de refracción que se simboliza por la letra (n) es igual a la relación de la velocidad de la radiación en el vacío (C), con relación a la velocidad de la radiación en el medio i, (Vi) valor que es constante a una longitud de onda (λ) y a una temperatura

dada, . /01 234# 536 á4896# 53 :4/:534/:; <= 234# 536 á4896# 53 >3?>;//:ó4 <A . Si el ángulo

incidencia se aumenta a un valor para el que la refracción sea de 90°, el haz de luz ya no pasará del primer medio al segundo, sino que viajará a través del primer medio y entonces pasará a lo largo de dicha superficie, formando así un ángulo de 90° con la perpendicular a la superficie. Este se llama rayo crítico (Figura 20b) y proporciona la base para la línea de referencia empleada en la lectura de varios refractómetros. DESCRIPCIÓN DEL REFRACTÓMETRO

Figura 20 El refractómetro es un aparato que permite medir de un modo sencillo y directo, sin necesidad de ningún tipo de cálculo, el índice de refracción de un fluido. Consiste básicamente de dos prismas para refractar la luz, un juego de lentes, un ocular y una escala (Figura 21). El campo del ocular del refractómetro, está dividido en dos partes, siendo una de ellas iluminada y la otra sin iluminación. La separación que hay entre dichas partes corresponde al rayo crítico. El refractómetro está compuesto por 2 prismas (P1 y P2). La luz pasa a través de la muestra (de 0,1mm de grosor) de la que queremos hallar el índice de refracción, y entra en el prisma de refracción P2. El prisma P1 sirve para que pase la mayor cantidad de luz posible por la muestra. La radiación que únicamente roza la superficie del prisma P2 difícilmente penetra en el prisma, y cuando entra, forma un ángulo_ con la línea perpendicular a su superficie. Dicho ángulo se denomina ángulo crítico (o límite). Todos los rayos de luz que penetran en el prisma P2, forman un ángulo mayor con la superficie que el rayo crítico, y por lo tanto iluminarán la zona de la derecha en el ocular. La zona de la izquierda permanece oscura debido a que no existen rayos que se refracten con un ángulo superior al del rayo crítico. De esta forma el refractómetro mide el índice de refracción de la solución. En la actualidad algunos

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estudios han permitido establecermedidas, de tal manera, queEjemplos de ellos son los queproteínas totales, sólidos totales etc. de tal manera que los refractómetros tienen una amplia aplicación tanto manufactura de líquidos, biología marina) como en la

DATOS TÉCNICOS DEL REFRACTÓMETRO ABBÉ Rango de medición: 1,3 a 1,7Índice de refracción para rango 1,3 a 1,42 = 0,0004Índice de refracción para rango 1,42 a 1,7 = 0,002Graduación de la escala = 0,001Constantes del refractómetro: w = 61º41’ MEDICIONES

1- Se limpia la superficie de los prismas con un trapo limpio embebido en alcohol puro.

2- Con una varilla de vidrio se superficie del prisma

3- Bajar cuidadosamente el prisma secundariomedición

4- Observar por el ocular, luz.

5- Se gira la perilla de compensación de color hasta que aparezca una l

Figura 22

Cuidados:

1- Limpiar la muestra del prisma con un pedazo de papel o algodón limpio y mojado.

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estudios han permitido establecer la relación entre el índice de refracción y otras medidas, de tal manera, que algunos refractómetros tienen otros tipos de escalas. Ejemplos de ellos son los que pueden determinar densidad (orinas y otros líquido),

totales etc. de tal manera que los refractómetros tienen una en la industria (farmacéutica, alimenticia, petroquímica, solventes químicamente puros, plásticos,

biología marina) como en la medicina.

Figura 21

DATOS TÉCNICOS DEL REFRACTÓMETRO ABBÉ

medición: 1,3 a 1,7 Índice de refracción para rango 1,3 a 1,42 = 0,0004 Índice de refracción para rango 1,42 a 1,7 = 0,002 Graduación de la escala = 0,001 Constantes del refractómetro: w = 61º41’ ND = 1,75496

Se limpia la superficie de los prismas con un trapo limpio embebido en alcohol

Con una varilla de vidrio se coloca de 2 a 3 gotas de solución en el centro de la superficie del prisma

cuidadosamente el prisma secundario y apretarlo sobre la superficie de

por el ocular, dirigir la ventanilla de iluminación hacia una fuente de

gira la perilla de compensación de color hasta que aparezca una ldefinida en el campo de visión

6- Gira la perilla de medición alineando la línea delimitadora con las lintersección (Figura 22)

7- Leer en la escala superior el írefracción

Limpiar la muestra del prisma con un pedazo de papel o algodón limpio y

la relación entre el índice de refracción y otras tipos de escalas.

pueden determinar densidad (orinas y otros líquido), totales etc. de tal manera que los refractómetros tienen una

en la industria (farmacéutica, alimenticia, lubricantes, petroquímica, solventes químicamente puros, plásticos,

Se limpia la superficie de los prismas con un trapo limpio embebido en alcohol

coloca de 2 a 3 gotas de solución en el centro de la

o sobre la superficie de

dirigir la ventanilla de iluminación hacia una fuente de

gira la perilla de compensación de color hasta que aparezca una línea clara y definida en el campo de visión

ión alineando la nea delimitadora con las líneas de

Leer en la escala superior el índice de

Limpiar la muestra del prisma con un pedazo de papel o algodón limpio y

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2- Líquidos de fuerte absorción (oscuros) se deben probar con luz reflejada. Con ese fin a la ventanilla del prisma de cobertura se cubre con una tapa y el espejo se mueve para que ilumine la parte inferior del prisma refractor.

3- De ser necesario llevar a cabo mediciones a temperatura constante se debe emplear un termostato.

4- Cubrir el prisma con la tapa con cuidado. BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA EN LA ELABORACIÓN DE LA GUÍA PARA EL

TRABAJO EXPERIMENTAL.

-QUÍMICA FÍSICA PRÁCTICA DE FINDLAY, B. P. Levitt. Ed. Reverté, España (1979) -EXPERIMENTS IN PHYSICAL CHEMISTRY, Shoemaker, Garland and Nibler. Ed. Mc. Graw Hill (1996) - CURSO DE FISICOQUÍMICA EXPERIMENTAL, F. Daniels. Ed. Mc. Graw Hill, Columbia (1980) -L. Nicholson, J. Chem. Educ., 66 (9) 725 (1989)