MANEJO
DE LA BALANZA Y DETERMINACION DE MASA
MANAGEMENT AND
DETERMINATION OF MASS BALANCE
1Tania
L, guerra1. 2Edwin A, Ordoñez. 3Angélica M,
Alfaro. 4Leandro I, Gil4. 5José, Pimienta.5
RESUMEN
Esta práctica se
caracterizó por reconocer la importancia de los equipos para la determinación
de masa utilizados para realizar las prácticas en un laboratorio de ciencia (Química
general); además aprender a clasificarlos según su utilidad como por ejemplo:
los la balanza roberval y la balanza digital o analítica, para esta. En esta
experiencia se trabajó con objetos solidos como por ejemplo: (llaves,
tornillos, piedras, corcho, compuestos, hierro metálico granulado) además nos enfocamos en el reconocimiento y
manejo de los aparatos de medir masas y saber en qué momento utilizar cada uno
d estos dependiendo lo que vayamos a experimentar e investigar, tomar las
precauciones correctamente, con esto se quiere dar el principio de la
experiencia científica siendo este laboratorio la base principal de todo
experimento. El objetivo principal de esta práctica era determinar la fiabilidad de los datos
que se obtienen al medir masas en el laboratorio, considerando los errores del
experimentador al no tener práctica con el uso de la balanza de monoplano que
se usa en la práctica.
PALABRAS CLAVE: Balanza electrónica, tornillo, corcho y
llaves.
ABSTRACT
This practice was
characterized by recognizing the importance of teams for the determination of
mass used to perform the practices in a laboratory science (general chemistry);
also learn to classify them according to their usefulness as for example: the roberval
scale and digital scale or analytical, for this. In this experience, we worked
with solid objects such as: (keys, screws, stones, cork, composite, metallic
iron granules) in addition we focus on the recognition and management of
devices to measure masses and know when to use each d these depending on what
you are going to experiment and investigate, take precautions correctly, with
this you want to give the principle of scientific expertise and this laboratory
the mainstay of every experiment. The main objective of this practice was to
determine the reliability of the data obtained by measuring the mass laboratory
experimenter considering errors having no practical use with the balance of
monoplane used in practice.
KEY WORDS: Electronic scale, screw,
cork and keys.
INTRODUCCIÓN
En el laboratorio se emplean una variedad de implementos como
los de medir masas por ejemplo la balanza Roberva y las analíticas. Una de las
primeras actividades
de la evolución de la cultura humana fue el comercio en el
cual se intercambiaban
diversos productos lo que generó la necesidad de medir y
pesar; los egipcios hacia el año 3500 A.C. resolvieron esto al inventar la
balanza. Las primera balanzas egipcias constituían una columna con un astil
(pieza móvil alrededor de un eje cuyo equilibrio está bajo la acción de la masa
a medir y de pesos antagónicos) atado con una cuerda en cuyos extremos se
sostenían también mediante cuerdas, bandejas para colocar en una la mercancía y
en la otra una pesa de valor convenido. Hacia el año 1500 AC. Los egipcios mejoraron
su invento añadiendo una plomada para verificar la nivelación de la balanza y
con el enriquecimiento de las civilizaciones mediterráneas con el paso del
tiempo, se incorporó la aguja (fiel) para indicar el perfecto equilibrio entre
los platillos.
Hacia el año 200 a.C. los romanos inventaron un
instrumento para pesar conocido como romana de gancho que se difundió por todo
el imperio. La romana consta de un astil asimétrico en cuyo extremo más corto
pende un gancho y más adelante se le añadió un plato, del que se cuelga la
mercancía, y por el lado largo, dentado y graduado, se desliza un peso fijo.
Este sistema ha servido de base para desarrollar las básculas de plataforma
utilizadas para determinar grandes pesos.
A finales del siglo XV, Leonardo da Vinci diseño una
balanza de cuadrante graduada que, a diferencia de las balanzas tradicionales
que establecían equivalencias entre pesos, introdujo la novedad de indicar el
peso del objeto que se suspendía de ella en un cuadrante semicircular graduado.
(Posiblemente fue la primera balanza automática).
Otro salto importante en el desarrollo de la balanza
fue en 1699 por el matemático francés Pilles Personier de Roberval, cuyos
astiles paralelos acoplados permite a los platillos situados en un punto
equidistante de apoyo, mantenerse en un plano horizontal sin que la posición o
el desplazamiento de los pesos en ellos afecten la precisión.
Existen diferentes clases de balanzas como las de
doble platillo, la de un solo platillo con triple brazo, balanzas
electromecánicas y electrónicas. La sensibilidad puede variar desde una a
cuatro cifras decimales y por esto pueden clasificadas en balanzas de precisión
o en balanzas analíticas. Generalmente todos los métodos químicos de análisis
exigen medir masas (“pesar”) exactas en alguna etapa, y para esto se utiliza
una balanza analítica; en otros casos sólo es necesario conocer la masa
aproximada y entonces se usan balanzas de laboratorio más resistentes y de
menor precisión.
La balanza analítica es un instrumento de pesada cuya
carga máxima esta comprendida por lo general entre 160 a 200 g con desviaciones
estándar de +/- 0,1mg. La primera balanza de platillo único o monoplato
apareció en el mercado en 1946 y superaba en rapidez y comodidad a las balanzas
de doble platillo, se conoce con el nombre de balanza electromecánica. Esta
balanza está compuesta de un soporte ligero o brazo que gira sobre la arista de
una cuchilla en forma de prisma, cuando un objeto se coloca sobre el
platillo se crea un momento de fuerza que provoca la rotación del brazo sobre
su eje; este momento se compensa liberando alguna de las pesas colgadas en el
brazo mediante un dispositivo mecánico que se controla desde el exterior de la
caja de la balanza.
A principios de los años 70 apareció la balanza
electrónica híbrida que conservaba el brazo y la cuchilla afilada, pero
empleaba un solenoide en lugar de pesas, para suplir la contra fuerza y volver
la palanca a su posición original. La corriente en un solenoide es proporcional
a la fuerza electromagnética generada, y de este modo al peso del objeto en el
extremo opuesto del brazo. Su utilización exclusiva fue breve ya que después
apareció la verdadera balanza electrónica.
La balanza
electrónica no utiliza pesas y es muy sencilla de utilizar, utiliza la acción
electromagnética para volver la cruz a su posición original y la corriente
necesaria para generar dicha acción es proporcional la masa del objeto que se
mide. El platillo de la balanza se sitúa sobre un cilindro metálico hueco que está
rodeado por una bobina, el cilindro se ajusta sobre el polo interior de un imán
cilíndrico permanente. Una corriente en la bobina genera un campo magnético que
sostiene o levanta el cilindro y el platillo; con el platillo vacío la
corriente se ajusta para que el nivel del brazo indicador esté en la posición
cero, cuando se coloca un objeto se produce un movimiento hacia abajo del
platillo y del brazo indicador, que aumenta la cantidad de radiación que incide
sobre la célula fotoeléctrica del detector de cero. Es necesario proteger la
balanza de corrientes de aire para permitir el peso de sustancias pequeñas, por
esta razón están contenidas en una caja con puertas corredizas.
En este segundo laboratorio de química, se experimenta
como podemos utilizar la balanza analítica con mayor efectividad, ya que
pesamos diferentes tipos de elementos además de comprender el funcionamiento de
la balanza y poder determinar su exactitud.
METODOLOGÍA Y METODOS
En esta experiencia se colocaron en los mesones todos
los equipos y materiales utilizados en el laboratorio de Química general.
Posteriormente se tomaron los datos del peso y/o masas de algunos objetos y
promediar estadísticamente su peso real.
A continuación se muestran los elementos que analizamos
en la práctica y su respectivo promedio del peso de cada uno para la
determinación de su masa.
Laboratorio: vidrio reloj, espátula balanza
analítica o electrónica y la balanza Robeval.
Materiales: llave, tornillo,
piedra, corcho, compuesto, y hierro metálico.
PROCEDIMIENTO:
1. Analice la
balanza que tiene sobre la mesa, identifique sus partes, determine la capacidad
de pesaje en gramos, diferencie, capacidad mínima y máxima, identifique d que
clase de balanza se trata, especifique número de platillos, brazos y pesas.
2. Observe si
la balanza esta equilibrada, sino es así equilíbrela. Utilice el tornillo de
ajuste situado debajo del platillo.
3. Coloque
todas las pesas en cero.
5. Después de
cada pesada regrese las pesas a cero y asegúrese de que este equilibrada.
6. Explique la
secuencia para pesar cada una de las siguientes sustancias: compuesto X,
compuesto Y, compuesto Z.
7. Determine
la masa de 50ml exactos de H2O.Antes defina la secuencia de pesaje y
descríbala por escrito, reporte el peso del líquido.
8. Si la
balanza es inexacta, ¿Cuál sería el método adecuado para pesar una sustancia?
9. Observe la balanza analítica, identifique las partes que
el profesor señale, anote cuidadosamente la secuencia para el pesaje de ella;
solamente con la ayuda del profesor o auxiliar efectúe el pesaje de las monedas
anteriormente en la balanza electrónica.
RESULTADOS
Lo primero que
hicimos fue mirar si la balanza estuviera equilibrada, luego procedimos a
pesar en la balanza Roberval las llaves, tornillo, piedra, corcho, y luego
determinamos por medio del promedio de porcentaje el valor estadístico de la
masa de cada uno de ellos utilizando como referencia el resultado de cada uno
de los integrantes del grupo.
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MEDIDAS
|
|
Objetos
|
JOSE
|
TANIA
|
LEANDRO
|
ANGELICA
|
EDWIN
|
PROMEDIO
%
|
|
llave
|
5,5g
|
5,5g
|
5,7g
|
5,8g
|
5,5g
|
5,6g
|
|
tornillo
|
8,5g
|
8,7g
|
8,6g
|
8,3g
|
8,3g
|
8,5g
|
|
piedra
|
14,3g
|
14,4g
|
14,3g
|
14,3g
|
14,3g
|
14,3g
|
|
corcho
|
42,2g
|
42,2g
|
42,3g
|
42,3g
|
42,2g
|
42,2g
|
Balanza roberval. Img #1
tomada de la web.
Para cada uno de estos de los compuestos mencionados
anteriormente se tomó con una aproximadamente un gramo con una espátula de la
sustancia x, y, z se agregó a un vidrio de reloj el compuesto y en
el otro experimento hierro metálico granulado y se procedió a pesar en la
balanza y se tomó apuntes del peso de cada una para la determinación de masa.
Para determinar el peso correcto de los objetos se pesaron en la balanza
analítica y a continuación la tabla de resultados.
|
OBJETOS
|
BALANZA ROBERVAL
|
BALANZA ANALITICA (g
|
|
llave
|
5,6g
|
5,5g
|
|
tornillo
|
8,5g
|
8,5g
|
|
piedra
|
14,3g
|
14,3g
|
|
corcho
|
42,2g
|
42,2g
|
|
COMPUESTO
|
|
1,72
|
|
Hierro metálico granulado
|
|
2,72
|
Balanza analítica, Img #2 tomada de
internet
PREGUNTAS COMPLEMENTARIAS
1.
Explique cada uno de los siguientes términos:
a)
Medida: La Medida es el resultado de medir, es decir, de comparar la cantidad de magnitud
que queremos medir con la unidad de esa magnitud. Este resultado se expresará
mediante un número seguido de la unidad que hemos utilizado: 4m, 200 Km , 5 Kg
b)
Magnitud: Magnitud es todo aquello que se puede medir, que se puede representar por un
número y que puede ser estudiada en las ciencias experimentales (que observan,
miden, representan....).
c)
Lectura: Es el proceso por el cual toman datos de las
medidas que se obtienen en el laboratorio.
d)
Exactitud:
representa la cercanía del valor medido con el valor real.
e)
Precisión: se refiere a la concordancia que tienen
entre si un grupo de resultado experimentales que no necesariamente son
cercanos al valor teórico.
2. Los errores muy frecuentes en la medición
son:
a) Errores
determinados: Tienen causas
concretas y valores definidos, los cuales en principio pueden ser calculados y
tenidos en cuenta; los errores determinados se producen siempre en un sentido y
son sesgados, de modo que se deben generalmente a algún defecto del
instrumento, de su calibración o a algún vicio del observador.
b) Para
corregir un error determinado: Los errores instrumentales se detectan y
corrigen normalmente mediante la calibración; la respuesta de los instrumentos
sufrirá variaciones con el tiempo debido a su uso, por lo que es imprescindible
la calibración periódica de los instrumentos. Los errores personales pueden ser
minimizados trabajando con el máximo cuidado y autodisciplina, verificando
sistemáticamente las cifras de las lecturas y de las cálculos
c) Errores
indeterminados u ocasionales: Son debidos a causas imprevistas e imposibles de controlar;
producen desviaciones de los resultados, que no son constantes y fluctúan al
azar alrededor de un valor medio. La probabilidad de que aparezca una cierta
desviación es menor cuanto mayor sea su magnitud. Los errores indeterminados no
se pueden identificar completamente porque están constituidos por la
acumulación de múltiples incertidumbres individuales, pequeñas, independientes
y no controladas, aunque sí se pueden estimar y reducir realizando varias
medidas y promediando para obtener un valor final más fiable.
d) Para
corregir un error indeterminado: Al no ser posible eliminar los errores
indeterminados en las mediciones ni ignorar su existencia simplemente por su
pequeña magnitud, se demuestra que al considerar todos los componentes se
obtiene una curva continua con forma de campana, de distribución gaussiana,
llamada curva normal de error. Dicha curva presenta una frecuencia máxima para
la posibilidad del error indeterminado cero, junto con una simetría de la
distribución alrededor de este máximo, lo que indica que los errores positivos
y negativos se dan con igual frecuencia. Además, se observa una disminución
exponencial de la frecuencia según aumenta la magnitud del error, por lo que
los errores indeterminados pequeños se producen más a menudo que uno de gran
magnitud. Una importante ventaja de la distribución gaussiana es que permite
emplear técnicas estadísticas clásicas para estimar los efectos del error
indeterminado en tales medidas.
3. ¿Qué son las cifras significativas? de
ejemplos.
Las cifras significativas son
los dígitos de un número que consideramos no nulos.
|
Norma
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Ejemplo
|
|
Son significativos todos
los dígitos distintos de cero.
|
8723 tiene cuatro cifras
significativas
|
|
Los ceros situados entre
dos cifras significativas son significativos.
|
105 tiene tres cifras
significativas
|
|
Los ceros a la izquierda de
la primera cifra significativa no lo son.
|
0,005 tiene una cifra
significativa
|
|
Para
números mayores que 1, los ceros a la derecha de la coma son significativos.
|
8,00 tiene tres cifras
significativas
|
|
Para
números sin coma decimal, los ceros posteriores a la última cifra distinta de
cero pueden o no considerarse significativos. Así, para el número 70
podríamos considerar una o dos cifras significativas. Esta ambigüedad se
evita utilizando la notación científica.
|
7
· 102 tiene una cifra significativa
7,0 · 102 tiene dos cifras significativas
|
4. Cuando, durante el proceso de medición se
deben rechazar valores. Explique
Se debe
rechazar los valores cuando en el proceso de esta no se encuentran en las condiciones
adecuadas.
5. ¿Cuál
es la diferencia entre peso y masa?
Masa (m), de forma elemental, se define como la
cantidad de materia que posee un cuerpo mientras que Newton establece que la
masa de un cuerpo es la medida cuantitativa de la inercia de dicho cuerpo, es
decir, a mayor masa a éste le corresponde mayor inercia. La unidad de medida de
la masa es el kilogramo (kg).
Peso
(p), es la fuerza con que es la
Tierra atrae a un cuerpo como acción de la gravedad; así, el peso es una fuerza
igual a
|
Características
de peso
|
- Es la fuerza que ocasiona la caída de los
cuerpos.
- Es una magnitud vectorial.
- Se mide con el dinamómetro.
- Varía según su posición, es decir, depende de
la altitud y latitud.
- Sus unidades de medida en el S.I. son la dina y
el Newton.
- Produce aceleraciones.
|
La masa
(m) del cuerpo por la aceleración de la gravedad (g), en consecuencia:
p = m . g
En otras
palabras, el peso es una fuerza ocasionada por la atracción que ejerce la
Tierra sobre los cuerpos que se encuentran en su superficie o en su campo
gravitatorio y su unidad de medida es el Newton (N).
|
Características de masa
|
|
|
|
Características de masa
|
- Es
la cantidad de materia que tiene un cuerpo.
- Es
una magnitud escalar.
- Se
mide con la balanza.
- Su
valor es constante, es decir, independiente de la altitud y latitud.
- Sus
unidades de medida son el gramo (g) y el kilogramo (kg).
- Sufre
aceleraciones
|
6.
Explique paso a paso como se puede pesar un gas durante cualquier proceso
experimental.
El modo
más sencillo para pesar un gas que hayas obtenido a partir de un proceso
experimental:
1) Tomas un recipiente y lo pesas; si te es posible pesarlo al vacío (extraerle
el aire antes de pesarlo) mejor, pero sino no importa tanto (la densidad del
aire es diferente a la de otros gases, así que aún así verás diferencias en
peso: pesar al vacío sólo ayuda a que tu medición sea más precisa).
2) Obtienes el gas por el método de tu preferencia de manera que lo guardes en
ese recipiente.
3) Vuelves a pesar el recipiente; si hiciste todo bien habrá una diferencia de
pesos entre la primera y la segunda medición. ¿Qué significa esa diferencia?
a) Si
pesaste al vacío el recipiente (lograste extraerle el aire o el recipiente era
un globo vacío, etc.), el PESO ADICIONAL que haya entre las dos medidas es el
peso del gas que ahora hay dentro del recipiente.
b) Si no pudiste pesar al vacío el recipiente, la diferencia de pesos entre la
primera y la segunda medición podría ser POSITIVA ó NEGATIVA (por ejemplo: si
lo que metiste al recipiente fue Hidrógeno, éste es un gas más ligero que el
aire, así que la segunda vez el recipiente pesará menos, pero si lo que metiste
fuera dióxido de carbono, éste es un gas más pesado que el aire, así que el
recipiente pesará más). Sin importar si el recipiente pesa ahora más o menos,
esa diferencia es el peso del gas en su interior.
7. ¿Si en una balanza el proceso de oscilación
es de 60 segundos, será más o menos sensible? ¿Y si es de 10 segundos?
Es menos
sensible a los 60s, y más sensibles a los 10s; ya que entre más tiempo es menos
sensibles que en mayor.
CONCLUSION
Partiendo de que los elementos y equipos de
laboratorio son la base para la ejecución de una investigación experimental; al
realizar esta práctica se obtuve un
mejor conocimiento de los implementos y aparatos del laboratorio, además se dio
a conocer el uso adecuado de cada objeto.
Ø Se comprendió al experimentar con las
balanzas (analítica y Roverbal) cual es
la más precisa.
Ø Se aprendió a determinar la masa y el
peso de cuerpos.
BIBLIOGRAFIA
MONTOYA, Rafael.
“Química Moderna”. Segunda edición. Bedout Editores S. A.
Medellín 1990. Páginas: 21.
WEBGRAFIA:
