fisicoquimica - materiales de laboratorio
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Fisicoquímica I 2012
1 Ingeniería Ambiental y Recursos Naturales
RECONOCIMIENTO DE MATERIALES, INSTRUMENTOS Y EQUIPOS DE
LABORATORIO
INTRODUCCIÓN
El laboratorio es un aula donde afirmamos nuestros conocimientos teóricos. Es poner
en práctica, lo que adquirimos en la teoría. El cual llevara ciertas características en
cuanto su ubicación y la forma de las instalaciones. Este debe de tener superficies
lisas y resistentes a la corrosión y al calor, su pintura debe ser de colores claros, el
Laboratorio debe estar construido con materiales durables y la iluminación debe ser
la adecuada.
Todo Laboratorio debe de estar bien equipado, con los instrumentos y materiales de
cristalería, señalizaciones y todo lo necesario para que funcione como debe ser.
También existen métodos para prestar ayuda para cuando exista algún accidente
dentro del laboratorio.
En el caso de quemaduras por objetos calientes, aplicar pomada furacín, con ácidos,
lavar con abundante agua.
Cuando el accidente sea por inhalación de gases corrosivos, debe primer o facilitarse
la salida de los vapores del pulmón del accidentado, etc.
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1. OBJETIVO
Identificar, describir y señalar los usos y funciones de cada uno de los materiales, equipos y instrumentos de laboratorio
Adquirir una familiarización y destreza en la manipulación de los materiales.
2. FUNDAMENTO TEORICO Los materiales de laboratorio son empleados para la comprobación
experimental de las leyes y fenómenos de las ciencias naturales, estudiadas en
la teoría.
En los laboratorios nos encontramos con distintos tipos de materiales: vidrio,
plástico, porcelana, pero ninguno de ellos cumple las exigencias del laboratorio
con cabalidad. Se tendrá que elegir en cada momento el material según el uso
que le queramos dar, ningún utensilio es perfecto.
Para clasificar la gran variedad de materiales, instrumentos y equipos se eligen dos criterios generales para su mejor estudio y son:
a. POR SU CLASE DE MATERIAL EMPLEADO EN SU FABRICACIÓN MATERIAL DE VIDRIO: se caracteriza porque tiene mucha resistencia química
(frente a ácidos, frente a bases, etc.), tiene mayor resistencia que el plástico, es
muy estable, se caracteriza por su transparencia. Todos los vidrios no son
perfectos para todas las técnicas, a veces se necesitan vidrios con resistencia
técnica, con resistencia mecánica. Según el uso que lo queramos dar aparecen
vidrios especiales. La mayoría de los utilizados son vidrios boro silicatados, los
cuales ofrecen gran resistencia térmica (vidrio pirex, quimax). Cuando se
emplea el material de vidrio hay que tomar unas precauciones: no los podemos
someter a cambios bruscos de temperatura (se provocan tensiones que
pueden romper el cristal), no se debe aplicar fuerza sobre llaves, no se debe
someter a variaciones bruscas de presión, no se debe conservar soluciones
concentradas de bases en material de vidrio de boro silicato, etc.
MATERIALES DE PLÁSTICO: pueden ser de uso múltiple, p ej. Las probetas,
matraces, vasos de precipitados, las placas de petri. Los utensilios de plástico
de laboratorio son monómeros orgánicos polimerolarizadas. Hay gran
variedad de plásticos, van a tener distintas propiedades físicas y químicas (por
ejemplo, poliestireno, PVC, polipropileno, etc.). Cuando se utiliza un plástico
hay que tener en cuenta el tipo de plástico que se emplea porque algunos
plásticos pueden ser atacados por disolventes.
MATERIAL DE ACERO INOXIDABLE: es un material reciclable que tiene un
mínimo efecto en el medio ambiente, y tiene las ventajas adicionales de ser
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fuerte, resistente a la corrosión y durable. En consecuencia, el acero inoxidable
está ganando puntos como "eco−producto" ofreciendo considerables ventajas
económicas y para el medio ambiente: El alto grado de resistencia a la
corrosión del acero inoxidable evita el gasto de una capa protectora contra el
óxido y también brinda una vida útil mayor. Los costos de mantenimiento se
reducen.
MATERIAL DE MADERA: este material ha caído en desuso, desplazado por los plásticos y por el acero inoxidable, son de menor peso y descartables debido a su fácil destrucción cuando esta con agentes químicos corrosivos (Química Experimental Luis Carrasco Venegas 1996). MATERIAL DE PORCELANA: Es de alta resistencia térmica hasta 1200 ºC si es
esmaltada y 1400 ºC sin esmaltar, podemos ver en el laboratorio cápsulas de
evaporación, crisoles, entre otros. La porcelana para útiles de laboratorio es
conveniente que tenga un contenido en Al2O3 del 40 por 100, capacidad de
absorción del agua totalmente nula, dureza de 7 − 8 en la escala de Mohs, este
material es producido con una calidad uniforme, una estructura compacta e
impermeable a las filtraciones gaseosas.
La resistencia mecánica y química, tanto a los ácidos como a los álcalis es
excelente, así como a los cambios de temperatura, que los soporta sin roturas,
explosiones ni deformaciones. En condiciones normales de trabajo las piezas
de porcelana esmaltada soportan temperaturas de 1.050ºC mientras que las
sin esmaltar soportan hasta 1.350ºC.
b. POR SU USO ESPECÍFICO
Se presentan gran variedad de materiales, instrumentos y equipos se separan por el uso específico que se da a cada uno de ellos.
Materiales de medición volumétrica
Dibujo Nombre. Uso.
Bureta
Permite medir volúmenes de líquidos es muy útil cuando se hace una neutralización.
Pipetas. Este material existe en dos presentaciones: Pipetas aforadas y pipetas volumétricas. Las primeras permiten medir diversos volúmenes según la capacidad de esta, las segundas no están graduadas y sólo permiten medir un volumen único.
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Probeta.
Este material permite medir volúmenes las hay de vidrio y de plástico y de diferentes capacidades.
Matraz Erlenmeyer.
Matraz de vidrio donde se pueden agitar disoluciones, calentarlas (usando rejillas), etc. Las graduaciones sirven para tener un volumen aproximado. En una valoración es el recipiente sobre el cual se vacía la bureta.
Vasos de precipitado.
Pueden ser de dos formas: altos o bajos. Sin graduar o graduados y nos dan un volumen aproximado (los vasos al tener mucha anchura nunca dan volúmenes precisos). Se pueden calentar (pero no directamente a la llama) con ayuda de una rejilla.
Fiola Material de vidrio para medir volúmenes con gran precisión. Existen de capacidades muy variadas: 5, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 1.000 ml. Sólo mide el volumen que se indica en el matraz. No se puede calentar ni echar líquidos calientes. El enrase debe hacerse con exactitud, hasta la señal de aforo.
Instrumentos para equipos de medición
Balanza analítica
Balanza de alto nivel de precisión, recomendable para pesar sustancias pequeñas. Está encerrada en una vitrina para evitar que las corrientes de aire influyan en el peso.
Barómetro Sirve para medir la presión atmosférica o el peso del aire.
Termómetro Es un utensilio que permite observar la temperatura que van alcanzando algunas sustancias que se están calentando.
Manómetro Sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados (gas y líquidos).
Cronometro Se utiliza para medir fracciones temporales, normalmente breves.
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Materiales para separación.
Papel filtro Filtrar; se usan junto con un embudo.
Embudo Buchner
Se usa para filtración. Esta es acoplada al matraz kitasato.
Embudo vástago corto y largo
Trasvasar líquidos de un recipiente a otro, evitando que se derrame líquido; también se utiliza mucho en operaciones de filtración.
Equipos para separación
Centrifugas Sirve para separación de sólidos.
De destilación refrigerantes
Se utiliza para condensar los vapores de el o los líquidos que intervienen en la destilación
De secado Desecador. Recipiente de vidrio que se utiliza para evitar que los solutos tomen humedad ambiental. En (2), donde hay una placa, se coloca el soluto y en (1) un deshidratante.
Decantadores Sirve para la separación de liquidos que se pueden separar por la diferencia de densidades.
Materiales para mezclas. Combinación y reacción.
Tubos de ensayo Disolver, calentar o hacer reaccionar pequeñas cantidades de sustancia
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Balones fondo plano o redondo
Se usa para destilación, para calentar o someter a calor las sustancias.
Crisoles Se utiliza en altas temperaturas debido a su resistencia como en un horno.
Luna reloj Se usa para transportar y pesar pequeñas cantidades sólidas
Capsula de porcelana
Calentar o fundir sustancias sólidas o evaporar líquidos.
Materiales para calentamiento
Mechero Bunsen o de alcohol
Fuentes de calor.
Hornos
Mufla Es un aparato que permite desecar sustancias
Materiales de soporte o sostén.
Soporte Universal
Es un utensilio de hierro que permite
sostener varios recipientes.
Tela de alambre o
malla de asbesto
Es una tela de alambre de forma
cuadrangular con la parte central
recubierta de asbesto, con el objeto de
lograr una mejor distribución del calor.
Se utiliza para sostener utensilios que se
van a someter a un calentamiento.
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Triángulo de
porcelana Permite calentar crisoles.
Trípode Son utensilios de hierro que presentan
tres patas y se utilizan para sostener
materiales que van a ser sometidos a un
calentamiento.
Adaptador para pinza para refrigerante o pinza Holder.
Este utensilio como presenta dos nueces . Una nuez se adapta perfectamente al soporte universal y la otra se adapta a una pinza para refrigerante de ahí se deriva su nombre. Están hechos de una aleación de níquel no ferroso.
Anillo de hierro. Es un anillo circular de Fierro que se adapta al soporte universal. Sirve como soporte de otros utensilios como: Vasos de precipitados., Embudos de separación, etcétera. Se fabrican en hierro colado y se utilizan para sostener recipientes que van a calentarse a fuego directo.
Bornes. Es un utensilio que permite sujetar cables o láminas para conexiones eléctricas. Están hechos de acero inoxidable.
Materiales de almacenamiento
Picetas
Recipientes en general de plástico (también pueden ser de vidrio), con tapón y un tubo fino y doblado, que se emplea para contener agua destilada o desionizada. Se emplea para dar el último enjuague al material de vidrio después de lavado, y en la preparación de disoluciones.
Frasco cuentagotas con
tetina.
Normalmente se utilizan para contener disoluciones recién preparadas, se acompañan de cuentagotas para poder facilitar las reacciones de tipo cualitativo.
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Materiales para usos diversos
Escobilla
Limpiar el material de laboratorio
Mortero con pilón
Machacar y/o triturar sustancias solidas
Espátula Se utiliza para retirar sustancias sólidas del frasco donde están guardadas.
Propipeta o bombilla
Para evitar succionar con la boca líquidos venenosos, corrosivos o que emitan vapores. Se utiliza junto con una pipeta graduada
Varilla de vidrio Mezclar o agitar sustancias; también en ciertas operaciones en que se necesita trasvasar un líquido, para evitar que éste se derrame.
Pinza para crisoles
Sujetar crisoles
MECHERO BUNSEN Es un instrumento utilizado en laboratorios científicos para calentar o esterilizar muestras o reactivos químicos. Fue inventado por Robert Bunsen en 1857 y constituye una transmisión muy rápida
de calor intenso en el laboratorio; es un quemador de gas que arde al efectuarse la
combustión de una mezcla de aire y gas.
El quemador tiene una base pesada en la que se introduce el suministro de gas. De allí
parte un tubo vertical por el que el gas fluye atravesando un pequeño agujero en el
fondo de tubo. Algunas perforaciones en los laterales del tubo permiten la entrada de
aire en el flujo de gas (gracias al efecto Venturi) proporcionando una mezcla
inflamable a la salida de los gases en la parte superior del tubo donde se produce la
combustión, no muy eficaz para la química avanzada.
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La cantidad de gas y por lo tanto de calor de la llama puede controlarse ajustando el
tamaño del agujero en la base del tubo. Si se permite el paso de más aire para su
mezcla con el gas la llama arde a mayor temperatura (apareciendo con un colorazul).
Si los agujeros laterales están cerrados el gas solo se mezcla con el oxígeno
atmosférico en el punto superior de la combustión ardiendo con menor eficacia y
produciendo una llama de temperatura más fría y color rojizo o amarillento. Cuando
el quemador se ajusta para producir llamas de alta temperatura éstas, de color
azulado, pueden llegar a ser invisibles contra un fondo uniforme.
COMBUSTION: La combustión es una reacción química en la un elemento
combustible se combina con oxigeno gaseoso generalmente desprendiendo calor y
generando oxido, es una reacción exotérmica que produce calor y luz.
Tipos de combustión: Hay dos tipos de combustión la completa y la incompleta
Combustión completa: Toda combustión completa libera, como producto de la
reacción, dióxido de carbono (CO2), agua en estado de vapor (H2O) y energía en forma
de calor y luz.
CH4 + 2O2 = CO2 + 2 H2O
Combustión incompleta: La combustión incompleta es aquella que se realiza sin que
todo el carbono del combustible pueda transformarse en CO2. Se realiza sin oxígeno, o
lo que es lo mismo, con defecto de aire en esta combustión se obtiene adicionalmente
carbono (C).
CH4 + O2 = CO + C + H2O
LA LLAMA: La llama más utilizada en el laboratorio es la producida por la combustión
de un gas (propano, butano o gas ciudad), con el oxígeno del aire, y fue la que usamos.
Hay dos tipos de llama la luminosa y la no luminosa.
Llama luminosa: esta es una llama que emite luz de color anaranjado debido a la
presencia de partículas incandescentes de carbono. Esta llama es producida por la
combustión incompleta.
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Llama no luminosa: Es una llama donde no hay presencia de partículas
incandescentes de carbono, se aprecian dos zonas claramente separadas por un cono
azul pálido. Esta llama es producida por la combustión completa.
Zonas de la llama: existen tres zonas de la llama la externa, la interna y la fría .
La zona fría.-Esta en la parte inferior de la llama y tiene una temperatura
aproximadade300 ºC en la llama no luminosa.
La zona cono interno.-Esta en la parte media de la llama y se encuentra
aproximadamente a 500ºC en la llama no luminosa.
La zona cono externo.-Es la parte final de la llama y se encuentra aun a
temperatura aproximada de 1500ºC en la llama no luminosa.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. Se observo todos los materiales y equipos para familiarizarse con ellos y sus conocer sus nombres (los materiales que se describió en marco teórico).
2. Identificamos y comparamos los materiales que se presentan en el laboratorio.
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Tipo materiales
Ventajas Desventajas
Madera Estas se destruyen muy rápido porque con agua, agentes corrosivos o calor estas tienden a quemarse, descomponerse o corroerse.
Vidrio Son más resistentes al color, resistentes a agentes químicos como acido, sales, etc. Son los mejores que la madera
Son muy caras las de marca. Estas no resisten a altas temperaturas de los hornos. No soportan las caídas, se rompen.
Arcilla Estas son muy adecuadas para elevadas temperaturas mayores a 1500ºC.
Plástico Resisten a la rotura, son más livianos
No resisten a las altas temperaturas, además no son tan transparentes para poder distinguir bien la solución o la medida de algún líquido.
3. Observación y funcionamiento del mechero Bunsen
Abrir ligeramente la llave de paso del gas y acercar, lateralmente, una cerilla encendida a la boca del cañón. Regular la llave hasta obtener una llama con la altura deseada. Gradualmente, abrir la entrada de aire.
Para obtener la llama luminosa y no luminosa la entrada debe estar cerrada y abierta respectivamente como se ven en las imágenes anteriores (en el marco teórico).
Demostración de la combustión completa e incompleta: cuando se prendió presenciamos la formación de hollín, pudiendo comprobar así la presencia de la combustión incompleta.
Utilizamos una rejilla:
Colocamos las rejillas en los tres conos el externo, el medio y el interno en esta foto se ve en el cono externo se nota que la llama no luminosa es mucho más intenso que la luminosa. En el cono interno la rejilla se tornaba algo amarilla con estos procesos determinamos las zonas más calientes y las más frías de la llama. Aquí estamos utilizando la llama luminosa: Vemos que la rejilla se colorea de color Naranja algo claro.
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Aquí usamos la llama no luminosa: Vemos que la rejilla se torna de color rojizo.
RECOMENDACIONES
Leer las indicaciones de la sustancia que se usara. Cerrar muy bien los frascos. Tener siempre una franela para limpiar derrame de cualquier material.
Lavar muy bien el material para evitar contaminar sustancias. Medir bien las soluciones de lo contrario no obtendremos cálculos con minimo
de error. Cuando se usa el mechero bunsen debe tenerse cuidado con abrir
repentinamente la llave porque podría apagarse el mechero. De volver todo a su lugar terminada la experiencia.
Dejar limpio el laboratorio al salir de él. Ponerse el mandil antes de entrar al laboratorio para evitar cualquier
accidente.
CONCLUSIONES
Podemos decir que es de gran importancia el conocimiento de todo material e equipo de laboratorio porque el uso inadecuado podría causar accidentes que se podrían lamentar. Como la experiencia nos lo demostró, por mala manipulación del mechero se quemo el cabello de uno de los compañeros. Por eso se debe estar bien concentrado en lo que hacemos para evitar cualquier incidente.
A través de uso del mechero bunsen se observo que la energía cambia de muchas formas que se puede presentar en forma de luz y con diversos colores que le pertenecen a cada materia sometida.
BIBLIOGRAFIA
THEODORE L. BROWN, “Química a la Ciencia central “(Novena Ed.). Pearson Education, México 2004.
L. CARASCO V., L. CASTAÑEDA P., “Química Experimental”
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ANEXOS En el grafico se muestra los diferentes colores que se producen cuando se usa diferentes materiales sometidos al calor por medio de un mechero bunsen.