2.1.1 medición de masa

Medición de masa

La observación de un fenómeno es en general, incompleta a menos que dé lugar a una información cuantitativa. Para obtener dicha información, se requiere la medición de una propiedad física. Así, la medición constituye una buena parte de la rutina diaria de la química experimental.

La medición es la técnica por medio de la cual asignamos un número a una propiedad física, como resultado de una comparación de dicha propiedad con otra similar tomada como patrón, la cual se ha adoptado como unidad.

La masa es una de las magnitudes que requiere ser evaluada en el laboratorio de química, ya sea para preparar soluciones de reactivos, especímenes o muestras para un determinado análisis, con la exactitud y precisión que requiere la calidad del estudio a realizar.

La masa se define como la cantidad de materia que tiene un cuerpo. La Unidad del Sistema Internacional de Medidas (SI),  fundamental para medir la masa  es el Kilogramo (Kg), sin embargo en química se utiliza el gramo (g), ya que es una unidad más pequeña y a la vez más conveniente en estudios químicos. Por acuerdo internacional la cantidad de masa de un kilogramo se define exactamente igual a la masa que tiene un cilindro de platino – iridio que es el prototipo internacional.

Unidades métricas de la masa

Unidad                        Abreviatura                 Equivalencia en gramos                      Equivalencia exponencial

Kilogramo             Kg                                     1000 g                                                103 g

Gramo                    g                                      1 g                                                      100 g

Decigramo              dg                                    0.1 g                                                   10-1 g

Centigramo             cg                                    0.01 g                                                 10-2 g

Miligramo               mg                                    0.001 g                                               10-3 g

Microgramo            ug                                    0.000001 g                                         10-6 g

Unidad de masa El kilogramo (kg) es igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo

Relaciones de masa comunes:

1 g = 1000 mg

1 Kg = 1000 g

1 Kg = 2.205 lb

1 lb = 453.6 g 

Para medir la masa se utiliza una balanza, en algunas de ellas se puede determinar la masa de los objetos y sustancias con aproximación a los microgramos. La elección de la balanza depende de la precisión requerida y de la cantidad de la muestra 

Existen diversos equipos y materiales para realizar la medición de la masa en el laboratorio entre ellos se encuentran las balanzas analíticas, con precisión de 0.0001 g, balanzas electrónicas digitales con precisión de 0.001 g y balanzas granatarias cuya precisión puede ser de 0.1 g a 0.01 g, así como instrumental de laboratorio como pesa filtros, vidrios de reloj, picnómetros etc. Que se utilizan para realizar las mediciones de masa.

 Balanza analítica:

La balanza analítica es uno de los instrumentos de medida más usados en laboratorio y de la cual dependen básicamente todos los resultados analíticos.

Las balanzas analíticas modernas, que pueden ofrecer valores de precisión de lectura de 0,1 µg a 0,1 mg, están bastante desarrolladas de manera que no es necesaria la utilización de cuartos especiales para la medida del peso. Aún así, el simple empleo de circuitos electrónicos no elimina las interacciones del sistema con el ambiente. De estos, los efectos físicos son los más importantes porque no pueden ser suprimidos.

Balanza Granataria

La balanza granataria es uno de los elementos que más frecuentemente se usan para medir. El objetivo para el cual están destinadas este tipo de básculas es el de determinar la masa general de una sustancia o bien pesar una determinada cantidad de esa masa.

Ahora bien, en cuanto a la medición de la masa del cuerpo, hay un procedimiento especial que se debe llevar a cabo. Para que dicho proceso se realice correctamente hay que establecer una comparación entre el peso del cuerpo con otro peso: el de otros cuerpos de masas conocidas o familiares, a las que se denominan pesas. Por lo general, para que una balanza pueda adecuarse a la medición de la masa con sensibilidad y con rapidez suficientes, dos criterios que deben ser considerados. En cuanto al factor de sensibilidad, éste va a depender de la capacidad que tenga la balanza granataria. Para ilustrar con un ejemplo, las balanzas que han sido diseñadas con el objetivo de que pesen kilogramos no van a poseer una sensibilidad que les permita tener reproducibilidad suficiente para las pesadas en miligramos.

En lo que respecta a su constitución, estos dispositivos de pesaje van a estar construidos de distintas maneras, puesto que pueden ser de doble plato o bien de un solo plato. En el primer caso, las balanzas de doble plato muestran una mayor predisposición al deterioro por desuso. En el segundo caso, cuentan con un peso sumamente fijo colocado a un lado del dispositivo, al que se denomina contrapeso. Asimismo, posee una serie de pesas que pueden ser cambiables de un lado al otro.

Cabe decirse que hay un tercer modelo de balanza granataria que es la llamada “de triple brazo”.

Se trata de un tipo de báscula de gran precisión y que además representa una opción muy económica para el usuario. Dicho esto, los ambientes donde se utilizan con mayor frecuencia son los laboratorios de enseñanza. Su capacidad máxima, por otra parte, puede ser de de 2610g, junto con el juego de pesas incluidas. El plato plano, a su vez, va a ser de 15.2cm, con dimensiones de 16 cm alto x 44.4cm de largo. La precisión  de este tipo de balanzas es de 0.1 gramos

Manejo de la balanza granataria

Al usar la balanza deben tenerse en cuenta las siguientes normas:

• Manejar con cuidado la balanza ya que es costosa.
• No pesar sustancias químicas directamente sobre el platillo; usar un pesa sustancias, un vaso de precipitados adecuado, un papel para pesar, un vidrio de reloj o algún otro recipiente.
• No derramar líquidos sobre las balanza.
• Ajustar el cero de la balanza, solicitar instrucción al profesor o al técnico pues cada balanza tiene su modo de operar.
• Después de pesar, regresar todas las pesas a cero (descargar la balanza).
• Pesar el objeto o sustancia a la temperatura ambiente. ¿Por qué?
• Limpiar cualquier residuo de productos químicos que estén en la balanza o en el área de la balanza.

Respecto a las sustancias que se pueden pesar en las balanzas granatarias, las mismas tienen que ser controladas para evitar cualquier posibilidad de derrame, ya que cuando el líquido cae sobre la balanza, ésta puede ser severamente dañada.

 Instrumental utilizado para el pesado:

Como se indico anteriormente para realizar el pesado de sustancias se deben utilizar algunos materiales como recipientes a fin de evitar pesar las sustancias directamente sobre el plato de la balanza ya sea analítica o granataria; dentro de estos materiales se encuentran los siguientes.

Pesa filtros:

Vidrio de reloj

Picnómetro

El picnómetro (del griego πυκνός (pyknós), “densidad”), o botella de gravedad específica, es un frasco con un cierre sellado de vidrio que dispone de un tapón provisto de un finísimo capilar, de tal manera que puede obtenerse un volumen con gran precisión. Esto permite medir la densidad de un fluido, en referencia a la de un fluido de densidad conocida como el agua o el mercurio.

Normalmente, para la determinación de la densidad de algunos productos especiales como las pinturas, se utilizan picnómetros metálicos.

Si el frasco se pesa vacío, luego lleno de agua, y luego lleno del líquido problema, la densidad de éste puede calcularse sencillamente.

La densidad de partículas de un polvo, por ejemplo, que no puede determinarse con el simple método de pesar, puede obtenerse con el picnómetro. El polvo se pone en el picnómetro, que se pesará, dando el peso de la muestra de polvo. A continuación, se completa el llenado del picnómetro con un líquido, de densidad conocida, en el que el polvo sea completamente insoluble. El peso del líquido desplazado podrá luego determinarse, y así hallar la gravedad específica del polvo.