Precisión de los materiales volumétricos en el laboratorio.

Precisión de los materiales volumétricos en el laboratorio.

Resumen.

Se determinó que materiales eran más precisos en mediciones volumétricas, concluyendo que los materiales más precisos son los materiales aforados, estas mediciones se las realizo utilizando como sustancia el agua, y trasvasando de un material a otro, para poder identificar las diferencias, la precisión y exactitud de los mismos, realizando varias medidas volumétricas de estos. Cuando se sometió a cambios de temperatura se determinó que un material aforado no era el mejor para medir en estas condiciones, por el cambio de volumen al pasar de una temperatura a otra.

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Palabras clave: Volumetría, precisión, exactitud, materiales, medición.

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Introducción.

Para medir la volumetría de un líquido en el laboratorio existen diferentes tipos de materiales usados para tal fin, algunos con menor cifra de incertidumbre que brindan mayor precisión; a pesar de que no existen materiales que nos den una exactitud del 100% o del valor real de la muestra. Para determinar la precisión de cada instrumento del laboratorio se realizó la medida volumétrica con agua en diferentes cantidades, transvasando esa cantidad de un material a otro para establecer diferencias; Para ello se debe realizar cálculos matemáticos como: La exactitud, la precisión, el error absoluto, el error relativo, el porcentaje de error.

La media es un cálculo en el cual se suman todos los valores medidos divididos entre el número total de valores, por ello debemos tomar diferentes mediciones con el instrumento a calcular su exactitud para que nuestro dato sea lo más confiable posible, la siguiente formula representa la media:

Para determinar qué tan precisas han sido nuestras medidas se debe determinar la desviación estándar que me indica que tan dispersos están los datos alrededor del medio este cálculo está relacionado con la precisión; Entre más pequeño sea este cálculo más preciso será el valor de la medición, la siguiente formula representa el cálculo de la desviación estándar:

Luego de determinar la desviación estándar, podremos determinar la exactitud (error absoluto) que determina que tan cerca está la medición real, la siguiente formula representa este cálculo: |Ea=Xr-Xi|, donde Xa es el error absoluto, Xr valor real y Xi es la media; también se debe determinar el error relativo que está representado por la fórmula:

Er=Ea/Xr; donde Er es el error relativo, Xa es el error absoluto y Xr es el valor real.

Para lograr todo lo planteado anteriormente es de vital importancia conocer todos los materiales de medición volumétrica, saber diferenciar el material graduado del aforado y cuál es su función en específico, para ello debemos manejar de manera correcta los materiales, ya que con una mala utilización obtendremos menor precisión a la hora de abordar los datos obtenidos en la medición, claro que no todos los materiales son tan precisos hay algunos que nos brindan mayor precisión que otros.

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Procedimiento.

Para para lograr un excelente trabajo en el laboratorio, era imprescindible la familiarización con el material volumétrico a utilizar. Pero antes que todo se hizo una inspección del material a utilizado, para saber si se encontraba en buen o mal estado, esto es lo primero que se debe hacer en el laboratorio. Posteriormente se observó e identifico las características del material, y se realizó ejercicios para aprender su correcta manipulación y adquirir destreza en ello.

Precisión del material volumétrico.

Para el experimento de cálculo de la precisión y exactitud volumétrica de los instrumentos se inició primeramente lavando y secando los instrumentos a utilizar, posteriormente se llenó un balón aforado de 25mL con agua, se llenó identificando que el agua llegara exactamente hasta la marca del aforo; El agua fue trasvasada a una probeta de 50mL, y se identificó el valor del volumen en esta, el cual había cambiado en comparación a los 25 mL del balón aforado, también se identificó el margen de error de esta. Este procedimiento se repitió por tres veces tomado siempre apuntes de los resultados obtenidos y se realizó el mismo procedimiento utilizando en vez de una probeta de 50mL, una de 25mL, se trasvaso el agua que se encontraba en la probeta de 50mL a la probeta de 25mL. Los datos registrados se pueden apreciar en la siguiente tabla:

Balón aforado de 25 mL.

Medición.	VoL. Probeta de 50 mL (mL) +-0,75	VoL. Probeta de 25 mL (mL) +-0,5
1.	25.9	25.5
2.	25.8	25.9
3.	25.7	25.3
X

Se llenó la zona que no tiene escala de una bureta con agua cerciorándose de que no dejara burbujas, o espacios libres, el agua que se encontraba en la probeta de 25mL se trasvaso a la bureta, posteriormente se verifico el valor del volumen en la bureta; Se llenó nuevamente el balón aforado de 25mL cerciorando que llegara justo hasta la marca del aforo, para poder realizar nuevamente el procedimiento anterior pero esta vez trasvasando directamente desde el balón aforado de 25mL. Esto con el fin de verificar diferencias. Se repitió el procedimiento por tres veces y se tabulo en la siguiente tabla:

Bureta.

Medición.	Vol. (mL)
1.	25,3
2.	25,2
3.	25,4
X

Se procedió a medir 10mL de agua con la pipeta aforada, observando que el agua llegara hasta la marca del aforo. Como se muestra en la imagen:

Esta cantidad de agua medida en la pipeta aforada se transfirió a una probeta de 25mL con la pro pipeta construida con la jeringa de ganado, se tomó la medida del volumen, y se anotó los resultados. Este procedimiento se repitió por tres veces.

Se midió 10 mL de agua en la pipeta graduada, esta cantidad  se transfirió a una probeta de 25mL con la pro pipeta construida con la jeringa de ganado, se tomó la medida del volumen, y se anotó los resultados. Este procedimiento se repitió por tres veces.

En la siguiente tabla vemos los resultados obtenidos:

Probeta de 25 mL.

Medición.	Vol. Pipeta Aforada de 10 mL (mL) +-0,02	Vol. Pipeta Graduada de 10 mL (mL)
1.	10,9	10,8
2.	11,5	11
3.	11	10,9
X

Luego se procedió a llenar con agua un beaker de 100mL hasta 50mL esta cantidad de agua se transvaso a una probeta de 50mL, se observó la medida del volumen en la probeta y se tomó nota sobre esto; se realizó el mismo procedimiento utilizando un beaker de 250 mL y con un beaker de 400mL.

Probeta de 50 mL.

Medición.	Beaker de 100 mL (mL)	Beaker de 250 mL (mL) +-0,75	Beaker de 400 mL (mL) +-0,75
1.	47.9	61	56
2.
X

  

Efecto de la temperatura.

Se observó las características de matraz volumétrico, el cual era aforado de 25mL, y de vidrio pírex; Se llenó un vaso de precipitado con agua, se tomó la temperatura a el agua con un termómetro de mercurio el cual registro 20 °c , que en este caso era la temperatura ambiente del agua. Posteriormente se hiso el montaje utilizando el mechero, la placa refractaria y la base. Como se muestra en la imagen, aproximadamente:

Se colocó el vaso de precipitado sobre la placa refractaria y se procedió a calentar el agua con el vaso de precipitado, hasta 50°c.

Inmediatamente se trasvaso el liquido al matraz volumétrico de 25mL cerciorándose que el agua llegara a la marca del aforo, se colocó el matraz sobre la súbase del mesón donde se colocan los materiales calientes. Se tomó la temperatura cada tres minutos hasta que llego a 20 °c, se observó que había sucedido con el volumen del agua con respecto a la marca del aforo y como era de esperarse el volumen había disminuido, luego se trasfirió el agua que había quedado en el matraz volumétrico a una pipeta para medir este volumen.

Posteriormente se llenó de agua a temperatura ambiente nuevamente el matraz volumétrico hasta la marca del aforo, en un beaker se adiciono hielo con sal, se colocó en este el matraz volumétrico lleno de agua, se lo dejo hasta que la temperatura descendió a 5°c observando que el nivel del líquido con respecto a la marca del aforo. Se tomó la temperatura  cada tres minutos hasta que llego a 20°c, este líquido se traspasó a una pipeta  para medir el volumen del líquido que había quedado en el matraz, los resultados se encuentran en la siguiente tabla:

Efecto de la temperatura.

Volumen de Agua al terminar el ensayo (mL)
Agua a 50°C	Agua a 5°C	Agua a T amb. (   20  °C)
20Ml	22mL	25Ml

Medición.	Temperatura (°C).
	Agua a 50°C	Agua a 5°C
1.	40	8
2.	34	14
3.	30	16
4.	24	15
5.	20	17
6.		20

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Resultados experimentales.

Para calcular la precisión de este material utilizamos primero la fórmula de la media, encontrada en la tabla 1 de resultados. Donde esta es igual a la suma de todos los datos obtenidos en la medición sobre la cantidad de datos obtenidos, en el caso de la probeta de 50 mL es así:

X= 25.9+25.8+25.7/3= 25.8mL

Luego de haber calculado la media se procede a calcular la desviación estándar, que indican que tan dispersos están los datos; Para ello utilizaremos la fórmula de la desviación estándar, ubicado en la tabla 1 de resultados, que consiste en una raíz en donde a cada elemento tomado en la medición se le resta la media y a este valor se lo eleva al cuadrado, y se suman y se dividen entre el número total de datos menos uno, para el caso de la probeta de 50 mL es así:

S=√(25.9-25.8)²+(25.8-25.8)²+(25.7-25.8)²/3-1= 0.12mL

Luego calculamos el valor absoluto y el valor relativo que están dados por las formulas en la tabla 1 de resultados, el primero consiste en una resta entre el valor real y la media para el caso de la probeta de 50 mL es así.

|Ea=25mL-25.8|=|-0.8|=0.8

En el caso del error relativo, la formula está dada en la tabla 1 de resultados y consiste en una división del valor absoluto entre el valor real. En la probeta de 50mL es así:

Er=0.8/25=0.032

Se procede a calcular el porcentaje de error, formula dada en la tabla 1 de resultados, que consiste en multiplicar por 100 al error relativo, en este caso está dado así:

E%=0.8/25=0.032*100=3.2%,

Los datos los vemos en tabla 1 de resultados:

	Precisión.		Exactitud.
Material.	Media.	Desviación estándar.	Error absoluto. |Ea=Xr-Xi|	Error relativo.	Porcentaje error relativo. Er=Ea/Xr.100
probeta de 50mL. +-0.75	25.8ml	0.12ml	0.8ml	0.03ml	3.2%
probeta de 25mL. +-0.5	25.5ml	0.22ml	0.5ml	0.019ml	1.9%
Bureta.	25.3ml	0.07ml	0.3ml	0.012ml	1.2%
. Pipeta Aforada de 10 mL (mL) +-0,02, trasvasados a probeta de 25Ml	11ml	0.25ml	1ml	0.09ml	9%
Pipeta Graduada de 10 mL (mL), trasvasados a una probeta de 25mL	10.9ml	0.07ml	0.9ml	0.08ml	8%
Beaker de 100mL.	47.9ml	0ml	2.1ml	0.043ml	4.3%
Beaker de 250mL.	61ml	0.53ml	11ml	0.1ml	10%
400mL.	56ml	0.53ml	6ml	0.1ml	10%

En el beaker de 100ml solo se tomó una medida lo cual dificulto los cálculos, por lo tanto, no es posible calcular con un solo dato la media y por ende se dificulto el cálculo de los demás conceptos.

Los materiales aforados miden solo una medida, los materiales graduados miden diferentes medidas, de los utilizados encontramos diferentes escalas volumétricas, que entre más exacta sea la escala o entre menos agua se pueda introducir en el instrumento mayor será su exactitud y precisión, por ejemplo, la bureta y el beaker de 400ml, la bureta mide menos cantidad que el beaker pero es más precisa para medir que el beaker.

Efecto de la temperatura.

El efecto de la temperatura con respecto al volumen del matraz volumétrico se registra en la siguiente gráfica.

Se determinó que al subir la temperatura hasta 50°c y esperar que descienda hasta temperatura ambiente, se disminuyó más el volumen, que cuando enfriamos el agua hasta 5°c, y se esperó que ascienda a temperatura ambiente.

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Análisis y discusión de resultados.

Para la medición del agua en las probetas de 25 y 50ml, se tomó como valor real a los 25ml medidos en el balón aforado ya que este es más preciso midiendo esta cantidad. Al hacer las respectivas mediciones en estas dos probetas los resultados obtenidos nos indican que la probeta de 25ml tiene una mayor precisión y exactitud que la probeta de 50ml; En el porcentaje de error de la probeta de 25ml nos presenta un 1.9% que es un resultado muy bajo y por lo tanto más preciso, en comparación con la probeta de 50ml que nos presentó un porcentaje de error de 3.2% valor mucho mayor que el de la probeta de 25ml. Aunque en la desviación estándar se presenta una inconsistencia con los datos ya que esta es menor en la probeta de 50ml, lo cual nos dice que hubo un valor tomado en la probeta de 25ml que no es tan preciso, pero a pesar de ello los valores de error absoluto, error relativo y porcentaje de error son inferiores lo que nos lleva a deducir que esta es más precisa y exacta que la de 50ml.

Ahora comparemos valores con la bureta a la cual se le agrego también 25ml de agua del balón aforado de 25ml. De los tres materiales utilizados para medir los 25ml del balón aforado el que mayor precisión y exactitud presenta es la bureta la cual tiene un  0.7%  porcentaje de error menos que la probeta de 25ml, la cual por tener una escala más grande y un  diámetro superior a la bureta hay una mayor cantidad de error asociada al menisco. Por lo cual la bureta es más exacta y su desviación estándar es muy baja, la más baja de los tres instrumentos utilizados, por lo cual los datos no están tan dispersos.

En la medición de 10ml de agua con la probeta de 25ml, utilizando 10ml de una pipeta aforada y posteriormente una probeta graduada, se determina que la probeta de 25ml no es exacta dado que la medición en la pipeta aforada mide un único valor y  tiene un margen de error de  +-0,02ml, por lo tanto es más precisa y en la probeta de 25ml registro una media de valores de 11ml, lo cual es muy superior a 10ml medidos en la pipeta aforada, algo similar sucedió con la pipeta graduada pero la media en este valor fue inferior.

Del beaker de 100ml se toma la cantidad de 50ml de agua, a la cual se la considera el valor real (de igual manera al valor tomado en el beaker de 250ml y el valor tomado del beaker de 400ml es 50ml para cada uno).  Al ser traspasada esta cantidad (del beaker de 100ml)  a la probeta de 50ml, en este caso como solo se tomó un dato no es posible calcular que tan preciso y exacto sea el beaker pero basándonos en el dato obtenido deducimos que los demás valores serian cercanos al registrado en la tabla de resultados, y por ende este valor es muy aproximado al valor real por lo que se dice es más preciso que los otros beakers (beaker de 250ml y beaker de 400ml) los cuales registraron un porcentaje de error demasiado alto de igual manera las medias de cada uno son muy superiores al valor real de 50ml, esto se debe a que cada beaker trabaja con diferentes cantidades y  tienen diferentes escalas, es por ello que en un beaker de 400ml nos dé un dato tan erróneo, aunque los beakers realmente no son muy precisos para tomar medidas.

Los materiales aforados son los más precisos ya que solo registran una sola cantidad. La bureta es la que le sigue ya que comparada con los otros materiales graduados es más precisa; Enseguida nos encontramos con la probeta de 25ml, luego la probeta de 50ml y los menos precisos y exactos son los beakers, porque no tienen una escala muy definida.

Efecto de la Temperatura.

Al cambiar la temperatura del agua a 50°c el volumen se ve afectado, por ende, es muy complicado mirar que el agua llegue justo a la marca del aforo ya que parte de la sustancia al calentarla se evapora, para llegar nuevamente a temperatura ambiente se tardó menos tiempo que en subir de °5c a temperatura ambiente. En el matraz el volumen iba disminuyendo hasta que llego a temperatura ambiente, el volumen registrado fue menor que el volumen que teníamos inicialmente, ya que por la disminución de la temperatura(de 50°c a temperatura ambiente)el volumen disminuye. En este caso disminuyo 5ml.

Al someter una muestra de agua convencional de 25 mL contenidas en un matraz volumétrico a una temperatura ambiente de 20ºc a un baño de hielo, hasta una temperatura descienda a  5ºC , la temperatura se demoró más tiempo en ascender a temperatura ambiente que el caso anterior(disminuir de 50°c a temperatura ambiente). Se observó entonces que el volumen del agua disminuyo 3 mL, debido a que al someter al frio al agua las moléculas de esta se dilataron esta es una propiedad presente en todos los líquidos, cuando un líquido se somete a temperaturas bajas el líquido tiende a dilatarse.

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Conclusiones.

En conclusión, como ya lo habíamos mencionado anteriormente los materiales más precisos para medir sustancias a temperatura ambiente son los materiales aforados ya que solo miden un volumen especifico y su medición es casi exacta, pero cuando hablamos de medir temperaturas como las de 50°c, su medición se dificulta ya que el agua está en cambio de volumen y por ende es complicado mirar o localizar al menisco justo en la marca del aforo.

En cuanto a los materiales graduados el más preciso fue la bureta, por su escala volumétrica nos brindó una mayor precisión y exactitud que los demás materiales utilizados.

Los materiales de boca ancha o que pueden almacenar cantidades grandes no son precisos en su medición un ejemplo el beaker de 400ml y 250ml.

Para poder calcular de manera correcta, la precisión y exactitud es necesario tomar varias mediciones.

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 Referencias.

Universidad de Nariño, guías de laboratorio de química fundamental 1, 2014; Departamento de química universidad de Nariño; Manual%20de%20laboratorios%20de%20química_fundamental_I%20(1).pdf

Karen Cecilia Martínez Cruz, Estefany Garduño Cruces, Valdo Luis Hernández Francisco, Rodrigo Morales Luna; Instituto politécnico nacional, Informe: Micro pipetas. Aspectos Básicos para su Manejo y Parámetros de Calibración; INGENIERÍA BIOTECNOLÓGICA, Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería Campus Guanajuato; URL(http://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/31764430/INF_BIOCON_PR1_EQ2.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1489430264&Signature=JUrY2rEh25x07mcX8%2FKFUOQuPaQ%3D&response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DINF_BIOCON_PR1_EQ2.pdf)