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Operaciones Básicas de Laboratorio
UNIDAD DE TRABAJO Nº 4
MEDIDA DE MASAS, VOLÚMENES Y DENSIDADES
1. Masa y Peso. Unidades
La masa de un cuerpo es una medida de la cantidad de materia que contiene. Tiene
dos propiedades:
• Inercia, debido a su masa: es más difícil poner en movimiento un coche vacío que
un coche cargado debido a su inercia.
• Atracción de las masas: se manifiesta en la tierra, por la atracción que su masa
ejerce sobre los demás cuerpos.
La fuerza con que la tierra atrae los cuerpos se denomina peso y se define como el
producto de la masa por la aceleración de la gravedad : P = m ⋅ g
1.1 Unidades de masa
La unidad de masa en el S.I. es el kilogramo, es la masa de un cilindro de platinoiridiado que se encuentra en París (Museo de pesas y medidas de Sèvres).
Todos los estados contienen réplicas de esta unidad, son fundamentales para el
calibrado de las balanzas.
Para medir la masa de los cuerpos, se utilizan las balanzas que contienen un conjunto
de masas que se denominan juego de pesas. Las pesas habituales son 50 g, 20 g,
10 g, 2g, 1g, 500 mg, 200 mg, 100 mg, 50 mg, 20 mg, 10 mg.
1.2 La Balanza. Fundamento
mi
Los análisis químicos siempre están basados en la masa,
para evitar que los resultados dependan de la aceleración
de la gravedad que varía de una localidad a otra.
Ld
Li
escala
md
En el laboratorio, la masa se determina con una balanza,
que es un dispositivo en el que el peso de un objeto se
compara con el peso de una masa patrón. Debido a que la
aceleración de la gravedad (g) es la misma, no existe
influencia de ésta.
Así, el fundamento de la balanza de dos brazos se basa en la regla de la palanca:
Fuerza ⋅ brazo = Re sistencia ⋅ brazo
Fi ⋅ Li = Fd ⋅ Ld
m i ⋅ g ⋅ Li = m d ⋅ g ⋅ Ld
Al ser los dos brazos iguales:
Li = Ld
mi = md
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No obstante, la distinción entre masa y peso no se observa en términos estrictos ya
que todavía se utilizan términos como pesas, pesada, etc.
La balanza analítica es un instrumento de pesada con una precisión de 0,1 mg.
1.2.1 Tipos de Balanza
Hay tres tipos de balanza, según sea su dispositivo de funcionamiento:
• Mecánicas: son las balanzas cuyo funcionamiento es mecánico y pueden ser:
Monoplato: esta balanza consta de un brazo que hace de palanca que gira
sobre la arista de una cuchilla en forma de prisma.
De dos platos: es una balanza de brazos iguales que consiste esencialmente
en una cruz sustentada en su centro por un soporte o fulcro. De cada extremo de la
cruz, en puntos equidistantes del punto de apoyo central penden los platillos donde
se coloca el objeto (platillo izquierdo) y las pesas (platillo derecho). Los platillos de la
balanza cuelgan de la cruz, por medio de unos dispositivos especiales llamados
estribos. La posición de la cruz respecto a la horizontal está indicada por una aguja
llamada fiel que se mueve sobre una escala graduada.
reiter
cruz
tornillo de
ajuste del cero
contrapeso
ajuste c.d.g.
fiel
escala
platilllos
amortiguadores
cuchilla central
mando control
soporte de la cruz
cuchillas laterales
• Eléctricas: estas balanzas eran monoplato y conservaban el brazo y la cuchilla,
pero empleaban un solenoide en lugar de las pesas para suplir la contrafuerza y
volver la palanca a su posición original. La vida de estas balanzas fue breve, ya que
aparecieron las balanzas electrónicas.
• Electrónicas: las balanzas electrónicas no contienen ni brazo ni cuchilla, y su
manejo es tan sencillo que apenas se necesitan instrucciones.
En la balanza electrónica el platillo se sitúa sobre un cilindro metálico hueco rodeado
por una bobina.
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Con el platillo vacío la corriente se ajusta
para que el nivel del brazo indicador esté en
la posición cero.
señal
Cuando se coloca un objeto se produce un
movimiento hacia abajo del platillo y del
brazo indicador que hace que aumente la
radiación de luz que incide sobre la célula
fotoeléctrica del detector del cero. El
aumento de corriente es amplificado e
introducido en la bobina, creando un campo
magnético mayor que devuelve el platillo a
su posición original.
detector
de cero
fuente
de luz
brazo indicador
peso
platillo
S
S
N
amplificador
servomecanismo
corriente corrección
La corriente requerida para mantener el platillo y el objeto en la posición de cero es
directamente proporcional al peso del objeto y se muestra como el peso del objeto en
gramos.
1.2.2 Cualidades de una balanza
Las cualidades que se exige a una balanza son que sea:
• Exacta: para obtener datos fiables en la pesada la balanza debe dar siempre el
mismo resultado al repetir la pesada varias veces.
• Estable: la balanza debe recobrar su posición inicial al quitar el objeto. En las
balanzas electrónicas deben recuperar el cero, para ello deben colocarse sobre una
superficie dura y lisa, comprobando y ajustando el nivel de burbuja.
En las mecánicas con dispositivo de amortiguación deben recuperar su posición
original después de oscilar libremente. El operador debe determinar el tiempo
mínimo necesario para recuperar esta posición. El periodo de oscilación puede
variarse ajustando el centro de gravedad de todo el conjunto móvil.
• Sensible: debe apreciar el mínimo peso, que en las balanzas analíticas es de
0,1 mg para cualquiera de las cargas, con un periodo de oscilación corto.
1.2.3 Normas para el manejo y cuidado de las balanzas
Las normas más elementales para el manejo y cuidado de las balanzas son:
1) No pesar, ni añadir objetos o pesas sin antes frenar la balanza. Cuando se
añaden pesas u objetos, la balanza debe estar en posición de reposo.
2) Centrar la carga en el platillo
3) Proteger la balanza de la corrosión. No colocar objetos directamente sobre el
platillo. Para pesar objetos o sustancias utilizar pesa sustancias o vidrios de
reloj.
4) No pesar objetos calientes. Pesar los objetos a temperatura ambiente.
5) No tocar los objetos secos directamente con las manos húmedas; usar pinzas
para evitar depósitos de humedad.
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6) Mantener la balanza y su caja escrupulosamente limpias. Para eliminar
posibles derrames usar un pincel de pelo blando.
7) Dejar la balanza tal como se encontró, sin pesas en los platillos o tara y
descargada.
1.2.4 Métodos de pesada
Los métodos de pesada utilizados en la balanza de dos platillos son:
• Método de Borda o método de sustitución:
Es un método que se utiliza para eliminar la posible desigualdad de los brazos en la
balanza mecánica, y consiste en colocar el objeto en el platillo izquierdo y calibrar la
balanza con una tara, que pueden ser de perdigones o arena, en la derecha.
A continuación se quita el objeto y se equilibra con pesas la tara según:
1ª pesada: X ⋅ Li = T ⋅ Ld ; donde X = peso del objeto y T = peso de la tara.
2ª pesada: Pi ⋅ Li = T ⋅ Ld ; donde Pi = peso de la tara ; Li = longitud del brazo
izquierdo y Ld = longitud del brazo derecho.
Despejando T e igualando queda: X ⋅
Li
L
= Pi ⋅ i
Ld
Ld
X = Pi
Observar que el simplificar la longitud de los brazos en la expresión anterior indica
que no intervienen en la pesada.
• Método de doble pesada o de Gauss: Se pesa primero el objeto de peso X
colocándolo sobre el platillo izquierdo y las pesas Pd sobre el platillo derecho. Se
vuelve a pesar el objeto cambiándolo de platillo para lo cual se colocan las pesas Pi
sobre el platillo izquierdo:
1ª pesada: X ⋅ Li = Pd ⋅ Ld
2ª pesada: Pi ⋅ Li = X ⋅ Ld
Despejando Ld y sustituyendo queda: Pi ⋅ Li = X ⋅ X ⋅
y despejando X queda: X = Pd ⋅ Pi
pesadas.
Li
Pd
que resulta ser la media geométrica de dos
Cuando no existían las calculadoras de hoy en día, se sustituía la media geométrica
por la media aritmética como aproximación X =
(Pd
+ Pi )
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FICHA DE TRABAJO Nº 14
DETERMINACIÓN DEL PESO DE UN OBJETO
POR PESADA DIRECTA, DOBLE PESADA Y PESADA POR SUSTITUCIÓN,
1. INTRODUCCIÓN
La pesada de un objeto en los granatarios mecánicos, hace que el alumno empiece a iniciarse en los
métodos de pesada con precisión. Es evidente, que hoy día con las balanzas electrónicas la pesada es
una operación muy fácil, pero es importante también que el alumno vaya adquiriendo habilidades para un
posterior trabajo más preciso.
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Operaciones Básicas de Laboratorio
2. FUNDAMENTO
En la pesada directa se pesa el objeto directamente.
En la doble pesada se pesa el objeto primeramente en el platillo izquierdo y posteriormente en el platillo
derecho. De esta doble pesada se determina el peso medio como X =
Pd ⋅ Pi
En la pesada por sustitución se tara un objeto con granos de arena, y a continuación se pesa la tara.
3. MATERIALES-REACTIVOS
REACTIVOS
MATERIALES
Objeto sólido
Arena fina
Perdigones plomo
Vaso de plástico 25 ml
Granatario con juego de pesas (se puede realizar
también en una balanza analítica mecánica de
precisión )
Pinzas metálicas
4. MODO DE OPERAR
1) Se coloca el objeto en el platillo izquierdo y se equilibra con pesas en el platillo derecho (Pd).
2) Se coloca el objeto en el platillo derecho y se equilibra con pesas en el platillo izquierdo (Pi)
3) Se coloca el objeto en el platillo izquierdo y se equilibra con granos de arena o perdigones de plomo
en el platillo derecho (T).
4) Se quita el objeto y se equilibra la tara con pesas. (Pi)
Notas:
1. Si el sólido es voluminoso no es necesario cogerlo con pinzas, pero ¡las pesas sí!
2. Para pesar ir añadiendo las pesas de mayor a menor peso. Así si 10 g se pasa, se coloca la pesa de 5
g y si 5 g es poco se añaden 2 g más y así sucesivamente. ¡Siempre que se añadan o quiten pesas, la
balanza debe estar en posición de reposo!
3. Para tarar utilizar un vaso de plástico con arena.
5. EXPRESIÓN DE LOS RESULTADOS
Los resultados se expresan como:
1. Pesada directa
Peso del objeto (Pd)
g
2. Doble Pesada
Peso del objeto platillo izquierdo (Pd)
g
Peso del objeto platillo derecho (Pi)
g
Peso del objeto X =
g
(
Pd ⋅ Pi
)
3. Pesada por sustitución
Peso de la Tara (Pi)
g
Peso del objeto (X= Pi)
g
Nota:
1. Una vez equilibrada la balanza, se anota el peso de la siguiente manera: se comienzan a retirar las
pesas de mayor a menor y se va anotando en gramos cada pesa que se retira. Así un objeto que pese
9,850 la anotación sería:
5
2
2
0,500
0,200
0,100
0,050
9,850 g
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