Practica 2 - Instrumentos de medición

TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC

DIVISIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA Y BIOQUÍMICA

ASIGNATURA: QUIMICA INORGÀNICA CARRERA: QUIMICA Y BIOQUIMICA

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Práctica No.___2__

Instrumentos de Medición.

I.- RELACIÓN DE CONOCIMIENTOS:

Conocimientos requeridos Conocimientos por adquirir

1.Conocer el método científico 2. Tener conocimiento de los diferentes

instrumentos de medición. 3. Concepto del sistema S.I. Sistema

Ingles 4 Conversión de unidades

Al final de esta práctica el alumno debe tener claros los conceptos de:

1. Medida

2. Tipos de medida 3. Errores

4. Clasificación de los errores. 5. Encontrar la diferencia entre error,

equivocación y discrepancia.

6. Encontrar la diferencia entre: precisión y exactitud

II.- OBJETIVO:

Que el alumno aprenda a hacer mediciones de algunas propiedades de sólidos, líquidos y gases a través de diferentes instrumentos para que reconozca su importancia en la experimentación

III.- HIPÓTESIS:

Es una posible respuesta al objetivo, que se espera o se puede predecir acerca de un objetivo pero sin argumentos.




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V.- INTRODUCCIÓN:

*Todas las ciencias, incluidas las sociales, utilizan variantes de lo que se denomina el método científico, un enfoque sistemático para la investigación. Por

ejemplo, un psicólogo que quiere saber cómo afecta el ruido la capacidad de las personas para aprender química, y un químico interesado en medir el calor

liberado cuando se quema hidrógeno en presencia de aire, seguirán más o menos el mismo procedimiento para llevar a cabo sus investigaciones. El primer paso es definir con claridad el problema; el siguiente radica en desarrollar experimentos,

hacer observaciones cuidadosas y anotar la información o datos del sistema, que es la parte del universo que se investiga. (En los dos ejemplos anteriores, los

sistemas son el grupo de gente que estudiarán los psicólogos y una mezcla de hidrógeno y aire.)

En el estudio de las ciencias, las observaciones juegan un papel importante en la obtención de leyes y principios, para lo cual existen métodos estandarizados para

describir la medida del tamaño, masa temperatura y otras características de los materiales que se estudian.

Esto nos lleva a considerar tres puntos acerca de las mediciones. Primero: nuestros sentidos son la principal herramienta con que contamos, pero están

limitados a la simple percepción sensorial (frió o caliente, grande o pequeño, pesado o ligero, etc.), por tanto necesitarnos de los instrumentos para ampliar y cuantificar esas percepciones. Segundo: una ventaja de cuantificar esas

observaciones es que otras personas pueden observar los mismos resultados, evitando así los argumentos basados sólo en opiniones. Tercero: las medidas

dependen de una unidad estándar que, sirve como referencia. Los estándares utilizados en la ciencia son los del Sistema Métrico sistema (de

pesas y medidas que se ha utilizado en casi todo el mundo y el sistema Internacional de Unidades (SI) en el cual ciertas unidades métricas básicas y

derivadas deben ser preferidas en el ámbito científico. En cada una de sus actividades el hombre utiliza frecuentemente materiales, aparatos e instrumentos adecuados que facilitan su labor y permiten mejorar la

calidad de su trabajo. Un médico por ejemplo, conoce el manejo instrumental indispensable para el estudio y tratamiento de sus pacientes. Cuando: se trabaja

en un laboratorio de. Química, es común el empleo de materiales de vidrio, aparatos, e instrumentos, cada una de los cuales tiene un nombre que lo identifica y un uso determinado.




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Mediciones.

Las mediciones que hacen los químicos se uti lizan a menudo en cálculos para obtener otras cantidades relacionadas. Existen diferentes instrumentos que

permiten medir las propiedades de una sustancia: con la cinta métrica se miden longitudes, mientras que con la bureta, la pipeta, la probeta graduada y el matraz volumétrico se miden volúmenes (figura 2.1); con la balanza se mide la masa, y

con el termómetro la temperatura. Estos instrumentos permiten hacer mediciones de propiedades macroscópicas, es decir, que pueden ser determinadas

directamente. Las propiedades microscópicas, a escala atómica o molecular, se deben determinar por un método indirecto.

La figura 2.1. Algunos materiales de medición comunes de un laboratorio de química. Éstos no están dibujados a escala unos respecto de otros.

Unidades del SI.

Las unidades son indispensables para expresar en forma correcta las mediciones. Durante muchos años los científicos expresaron las mediciones en unidades

métricas, relacionadas entre sí decimalmente; es decir, en potencias de 10. Sin embargo, en 1960, la Conferencia General de Pesas y Medidas, que es la autoridad internacional del sistema de unidades, propuso un sistema métrico




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revisado y actualizado, al que denominó Sistema Internacional de Unidades

(abreviado SI, del francés Systeme lntemationale d' Unites).

Las mediciones que se utilizan con frecuencia en el estudio de la química son tiempo, masa, volumen, densidad y temperatura. Masa y peso

Los términos "masa" y "peso" a menudo se usan en forma equivalente, sin embargo, estrictamente hablando, son cantidades distintas. La masa es una medida de la cantidad de materia en un objeto, mientras que el peso, desde el

punto de vista técnico, es la fuerza que ejerce la gravedad sobre el objeto. Una manzana que cae de un árbol es atraída por la gravedad de la Tierra. La masa de

la manzana es constante y no depende de su posición, lo que sí sucede con su peso. Por ejemplo, en la superficie de la Luna, la manzana pesaría sólo una sexta parte de lo que pesa en la Tierra; esto se debe a que la gravedad en la Luna es de

sólo un sexta parte de la gravedad de la Tierra. La menor gravedad de la Luna permite que los astronautas salten sin dificultad en su superficie a pesar del

voluminoso traje y equipo. Los químicos están interesados principalmente en la masa, que puede determinarse con una balanza; extrañamente, al proceso de medición de la masa se le denomina pesada.

La unidad SI fundamental de masa es el ki logramo (Kg.), pero en la química, es

más conveniente usar una unidad más pequeña, el gramo (g). Volumen.

La unidad SI de longitud es el metro (m) y la unidad de volumen derivada del SI es

el metro cúbico (m3). Sin embargo, es común que los químicos trabajen con volúmenes mucho menores, como son el centímetro cúbico (cm3) y el decímetro cúbico (dm3):

1 cm3 = (1 X 10-2 m)3 = 1 X 10-6 m3

1 dm3 == (1 X 10-1 m)3= IX 10-3 m3

Otra unidad común de volumen es el litro (L). Un litro se define como el volumen que ocupa un decímetro cúbico. El volumen de un litro es Igual a 1 000 mililitros

(ml) o 1 000 cm3: 1L = l000 ml




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= 1000 cm3

= 1 dm3

y un mililitro es igual a un centímetro cúbico: 1 mL = 1 cm3

y un mililitro es igual a un centímetro cúbico: 1 mL = 1 cm3

Densidad.

La ecuación para densidad es

Masa

Densidad = ------------- Volumen O

m d = -------

V Donde d, m y V significan densidad, masa y volumen, respectivamente. Como la

densidad es una propiedad intensiva y no depende de la cantidad de masa presente, para un material dado, la relación de masa a volumen siempre es la

misma; en otras palabras, V aumenta conforme aumenta m. La unidad derivada del SI para la densidad es kilogramo por metro cúbico

(Kg./m3). “Esta unidad es demasiado grande para la mayoría de las aplicaciones en química; por lo que la unidad gramos por centímetro cúbico (g/cm3) y su

equivalente (g/mL), se utilizan más a menudo para expresar las densidades de sólidos y líquidos. Como las densidades de los gases son muy bajas, para ello se emplea la unidad de gramos por litro (g/L):

1 g/cm3 = 1 g/mL = 1 000 Kg/m3

1 g/L = 0.001 g/mL




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Escalas de temperatura.

Actualmente se utilizan tres escalas de temperatura. Sus unidades son °F (grados

Fahrenheit), °C (grados Celsius) y K (kelvin). En la escala Fahrenheit, que es la más utilizada en Estados Unidos fuera del laboratorio, se definen los puntos de congelación y de ebullición normales del agua en 32 y 212°F, respectivamente. La

escala Celsius divide en 100 grados el intervalo comprendido entre el punto de congelación (O°C) y el punto de ebullición del agua (100°C). El término

temperatura absoluta significa que el cero en la escala Kelvin, denotado por O K, es la temperatura teórica más baja que puede obtenerse. Por otro lado, O°C y O°F se basan en el comportamiento de una sustancia elegida de manera arbitraria, el

agua. En la figura 2.2 se comparan las tres escalas de temperatura.

El tamaño de un grado en la escala Fahrenheit es de sólo 100/180, o sea, 5/9 de un grado en la escala Celsius. Para convertir grados Fahrenheit a grados Celsius,

se escribe 5°C

? °F = (°F – 32°F) * -------- 9°F

Para convertir grados Celsius a grados Fahrenheit se utiliza la siguiente ecuación

9°F ? °F = ------- * (°C) + 32°F

5°C Tanto la escala Celsius como la Kelvin tienen unidades de igual magnitud; es decir, un grado Celsius equivale a un grado kelvin. Los datos experimentales han

demostrado que el cero absoluto en la escala Kelvin equivale a -273.15°C en la escala Celsius. Entonces, para convertir grados Celsius a grados kelvin se utiliza

la siguiente ecuación: 1 K

? K = (°C + 273.15°C) ---------- 1°C




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A menudo será necesario hacer conversiones entre grados Celsius y grados Fahrenheit,

y entre grados Celsius y kelvin.

FIGURA 2.2 Comparación de las

tres escalas de temperatura: Celsius, Fahrenheit y absoluta

(Kelvin). Note que hay 100 divisiones, o

100 grados entre el punto de congelación y el punto de

ebullición del agua en la escala Celsius, y

hay 180 divisiones, o 180 grados, entre las mismas dos temperaturas límite de la escala Fahrenheit. Exactitud y precisión.

Al analizar mediciones y cifras significativas es conveniente distinguir entre exactitud y Precisión. La exactitud indica cuán cercana está una medición del valor real de la

cantidad medida. Para un científico existe una distinción entre exactitud y precisión. La precisión se refiere a cuánto concuerdan dos o más mediciones de

una misma cantidad. La diferencia entre exactitud y precisión es sutil pero importante.

Incertidumbre al medir.

En los trabajos científicos reconocemos dos tipos de números: números exactos (cuyos valores se conocen con exactitud) y números inexactos (cuyos valores




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tienen cierta incertidumbre). Los números exactos son aquellos que tienen valores

por definición o son enteros que resultan de contar objetos. Por ejemplo, se define que hay exactamente 12 huevos en una docena de huevos, exactamente 1000 g

en un ki logramo, y exactamente 2.54 cm. en una pulgada. El número 1 en cualquier factor de conversión entre unidades, como en 1 m X 100 cm., también es un número exacto.

Los números que se obtienen midiendo siempre son inexactos. Siempre hay

limitaciones inherentes en el equipo empleado para medir cantidades (errores de equipo), y hay diferencias en la forma en que diferentes personas realizan la misma medición (errores humanos). Supongamos que se da a diez estudiantes

diez balanzas distintas para que pesen una misma moneda. Las diez mediciones tendrán pequeñas variaciones. Las balanzas podrían tener calibraciones un poco

distintas/ y podría haber diferencias en la forma como cada estudiante toma la lectura de masa en la balanza. Recuerde: siempre hay incertidumbre en las cantidades medidas.

Precisión y exactitud.

Solemos emplear dos términos al hablar de la incertidumbre de los valores medidos: precisión y exactitud. La precisión es una medida de la concordancia de

mediciones individuales entre sí. La exactitud se refiere a qué tanto las mediciones individuales se acercan al valor correcto, o "verdadero". La analogía de los dardos

clavados en un blanco representada en la figura 2.3 ilustra la diferencia entre los dos términos.

En general, cuanto más precisa es una medición, más exacta es. Adquirimos confianza en la exactitud de una medición si obtenemos prácticamente el mismo

valor en muchos experimentos distintos. Así, en el laboratorio a menudo realizamos varios "ensayos" diferentes del mismo experimento. No obstante, es posible que un valor preciso sea inexacto. Por ejemplo, si una balanza muy

sensible está mal calibrada, las masas medidas serán inexactas, aunque sean precisas.

Cifras significativas.

Supongamos que medimos una moneda en una balanza capaz de medir hasta 0.0001 g. Podríamos informar que la masa es 2.2405 ± 0.0001 g. La notación ±

(léase "más / menos") es una forma útil de expresar la incertidumbre de una medición. En muchos trabajos científicos omitimos la notación ± en el entendido de que existe una incertidumbre de por lo menos una unidad en el último dígito de




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la cantidad medida. Es decir, las cantidades medidas generalmente se informan

de tal manera que sólo el último dígito es incierto. Todos los dígitos, incluido el incierto, se denominan cifras significativas. El número 2.2405 tiene cinco cifras

significativas. La cantidad de cifras significativas indica la exactitud de una medición.

LA FIGURA 2.3

La distribución de los dardos en un blanco ilustra la diferencia entre exactitud y precisión.

Las siguientes pautas aplican a la determinación del

número de cifras significativas en una cantidad medida: 1. Los dígitos distintos de cero siempre son significativos:

457 cm. (tres cifras significativas); 2.5 g (dos cifras significativas).

2. Los ceros que están entre dígitos distintos de cero siempre son significativos: 1005 Kg. (cuatro cifras significativas); 1.03 cm. (tres cifras significativas).

3. Los ceros al principio de un número nunca son significativos; simplemente indican la posición del punto

decimal: 0.02 g (una cifra significativa); 0.0026 cm. (dos cifras significativas). 4. Los ceros que están tanto al final de un número como

después del punto decimal siempre son significativos: 0.0200 g (tres cifras significativas); 3.0 cm. (dos cifras

significativas). 5. Cuando un número termina en ceros pero no contiene punto decimal, los ceros podrían ser significativos o no:

130 cm. (dos o tres cifras significativas); 10,300 g (tres, cuatro o cinco cifras significativas). A continuación

explicamos cómo puede eliminarse esta ambigüedad. El empleo de notación exponencial evita la posible

ambigüedad de si los ceros al final de un número son significativos o no (regla 5). Por ejemplo, una masa de

10,300 g puede escribirse en notación exponencial indicando tres, cuatro o cinco cifras significativas:




10

1.03 X 104 g (tres cifras significativas)

1.030 X 104 g (cuatro cifras significativas) 1.0300 X 104 g (cinco cifras significativas)

En estos números todos los ceros a la derecha del punto decimal son significativos (reglas 2 y 4). (Todas las cifras significativas se colocan antes del exponente; el

término exponencial no aumenta el número de cifras significativas.) Los números exactos se pueden tratar como si tuvieran una cantidad infinita de

cifras significativas. Esta regla se aplica a muchas conversiones entre unidades. Por tanto, cuando decimos: "un pie tiene 12 pulgadas", el número 12 es exacto, y

no debemos preocupamos por cuántas cifras significativas tiene. VI.- EXPERIMENTO:

1.- Gravimetría

a), Medir la masa de tres tubos de ensayo con tapón con la balanza granataria y con la digital. Registrar los valores y compararlos. 2.- Volumetría:

a).-En cada uno de los tubos de ensaye pesados anteriormente colocar 10 ml de agua medidos con el vaso de precipitados, con la probeta y con la bureta. Medir su masa y registrar su valor.

b).- Con ayuda de las masas de agua y sus respectivos volúmenes, calcular la

densidad del agua a partir de la fórmula ρ= m / v. Anotar los resultados.

3.- Termometría.

Medir la temperatura del agua en condiciones ambientales y en ebullición con el termómetro de Hg. y con el digital. Registrar los valores y compararlos. Mediciones

a) Con el Flexo metro tomar mínimo 10 medidas de un objeto que tenga una longitud de 1.5m y anotar cada una de las lecturas registradas. Con esta prueba usted podrá comprobar el error.




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b) Repetir la prueba anterior: ahora se debe de hacer con dos personas

diferentes. Cada una sacará el promedio de sus medidas y compararlas entre ambas. Revisen el concepto de la discrepancia y con estos valores

represéntenlos. Saquen sus conclusiones. c) Con los diferentes instrumentos de medición cada una de las personas del

equipo debe de hacer una medida, posteriormente. Comentar el concepto

de medida. Con estos mismos valores puede conceptuar los valores de medida directa y medida indirecta.

MATERIAL DE LABORATORIO:

No Material Cantidad

MATERIAL tubos de ensaye vasos de precipitados de 100 ml bureta 50 ml 1 probeta 50 ml balanza granataria balanza digital Termómetro de Hg. termómetro digital manómetro en U cronómetro cronoscopio cinta métrica soporte universal, anillo y rejilla pinza para bureta mechero Bunsen

3 2

1 1 1

1 1

1 1 1

1 1

1 1 1

1 1




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REACTIVOS:

No Características Cantidad

Agua corriente

EQUIPO DE LABORATORIO:

No Características Cantidad

1 Balanza granataria

2 Flexometro

Metodología:

Obtener medidas de objetos: Longitud, masa y volumen. VII.- ANÁLISIS DE RESULTADOS:

En esta parte el alumno deberá de fundamentar con bibliografía los resultados que obtuvo de la práctica. Hasta llegar a las conclusiones correspondientes __________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________




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VIII.- CONCLUSIONES:

Debe referir los logro de los objetivos o la comprobación de la hipótesis del

experimento. ____________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________

IX.- CUESTIONARIO:

1.- ¿Qué es medir? ____________________________________________________________________________________________________________________________. 2.- ¿Cuáles son los instrumentos de medición más comunes de laboratorio?

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

3.- ¿Cuales son las unidades usuales de la masa, volumen longitud temperatura

tiempo y energía? ____________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________.

4.- ¿Cuales son las unidades básicas del SI de las magnitudes anteriores? ____________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________

5.- ¿Qué instrumentos se usan para medir la presión? ____________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________

6.- ¿Qué instrumentos se usan para medir el tiempo? ____________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________




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7.- ¿Que instrumentos y unidades se usan para medir la longitud?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

X.- BIBLIOGRAFÍA

No. Autor / Año Título Editorial / Edición

Theodore L. Brown Química. La Ciencia Central

. Hispanoamérica. 5ta edición

Jean B. Umland Química General Thomson. 3ra

edición

Raymond Chang Química Mc Graw Hill. 7ma edición

Charles E. Mortimer Quimica Iberoamericana

Gregory R. Choppin Quimica Publicaciones

Culturales S.A.

XI.- APÉNDICES.

Se incluirá información adicional que se requiere para la realización de la experiencia (tablas, fórmulas, etc.)

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