MATERIALES UTILIZADOS EN EL LABORATORIO DE QUÌMICA

Transcripción

1 MATERIALES UTILIZADOS EN EL LABORATORIO DE QUÌMICA Objetivos Al finalizar el trabajo práctico, el estudiante estará en capacidad de: - Clasificar el material de laboratorio según su uso. - Describir la utilidad del material de laboratorio. - Establecer diferencias entre el material de vidrio para contener y el material para medir. - Conocer la apreciación y calibración de las pipetas y otros materiales de volumetría. Introducción El material de laboratorio en química es tan variado y numeroso que no podríamos hacer una descripción detallada sin extendernos fuera de las finalidades de esta práctica; por eso insistiremos en el material de uso más frecuente, así como en el correcto empleo del mismo. Los instrumentos y útiles de laboratorio están construidos de materiales diversos (hierro, cobre, níquel, platino, sílice, madera, vidrio, porcelana, etc.) y para usos específicos. Así, los útiles de hierro o de madera son empleados generalmente como medios de soporte, mientras que el instrumental de vidrio permite efectuar reacciones químicas, medir volúmenes, etc. 1

2 Con fines didácticos dividiremos el material de laboratorio en: a.- Material de vidrio y de porcelana. b.- Material metálico y de madera. Material de vidrio y de porcelana El instrumental utilizado en el laboratorio de química debe ser fabricado con materiales resistentes a la acción de los agentes químicos. Los instrumentos son generalmente construidos de vidrio y, con menos frecuencia, de porcelana. También se fabrican numerosos recipientes para contener de plásticos de polietileno (vasos, matraces, etc.). El vidrio corriente no sirve para la fabricación de instrumentos de laboratorio por ser más frágil y más vulnerable a los agentes químicos y físicos. Por tales razones, se construyen completamente de cristal. Los útiles de cristalería pueden ser de vidrio grueso o de vidrio delgado. Los instrumentos construidos de vidrio grueso no son apropiados para calentar y sólo sirven para contener, medir o trasvasar. Si se intenta calentarlos, se romperán con toda seguridad. Ej.: embudos, cilindros graduados, entre otros. Los instrumentos de vidrio delgado son muy resistentes al calor, pero sólo cuando son calentados gradualmente y enfriados en igual forma, por eso se recomienda siempre interponer la rejilla metálica con amianto entre el fondo del recipiente y la fuente de calor. Existen útiles de este tipo construidos de un vidrio especial muy resistente al calor (refractario o pyrex). Ej.: balones, matraces, vasos de precipitados, etc. Los materiales o instrumentos volumétricos de vidrio delgado se caracterizan por su gran precisión, a diferencia de los de vidrio grueso que son menos precisos. Como ya hemos dicho, también se fabrica instrumental de porcelana que es más resistente que el vidrio, y se usa por lo general, cuando se van a someter sustancias a elevadas temperaturas y es necesario triturarlas (morteros) o evaporarlas (cápsulas). Estudiaremos por separado: 2

3 a.- Instrumental de vidrio. b.- Instrumental de porcelana. Instrumental de vidrio Los instrumentos de cristal son fabricados casi siempre para realizar determinadas aplicaciones. Generalmente se usan para contener, calentar, evaporar, medir líquidos, etc. Por las razones citadas estudiaremos el instrumental de vidrio en dos grupos: a.- Instrumental para contener o trasvasar líquidos y otros usos. b.- Instrumental para volumetría. Instrumentos para contener o trasvasar líquidos y otros usos 1. Vaso de precipitado: son recipientes cilíndricos de vidrio delgado, con o sin pico en el borde. Se conocen también con el nombre de beakers y presentan diferentes tamaños. Se clasifican según su capacidad aproximada, desde 5 ml hasta más de 1 L. Se utilizan para preparar soluciones, calentar líquidos, llenar buretas, obtener precipitados y en titulaciones. 2. Balones: cuerpos de forma esférica con cuello largo y cilíndrico, fabricados de vidrio delgado. Se usan para hervir líquidos y especialmente en operaciones realizadas al vacío, por resistirlo bien. Se montan sobre un anillo con rejilla metálica y centro de asbesto en un soporte y se sostienen con pinzas apropiadas. 3. Matraces: recipientes esféricos (matraces corrientes), similares a los anteriores pero con fondo plano que les permite sostenerse por sí mismos. Sirven para calentar soluciones y para conservarlas temporalmente, ya que su boca puede cerrarse con tapones. 4. Matraces Erlenmeyer: variedad especial de matraz. Se conocen también con el nombre de fiolas, sobre todo los pequeños. Son recipientes de forma cónica y fondo plano de gran superficie, adaptados para calentar líquidos con mayor rapidez. También se usan en titulaciones. 3

4 Los matraces, balones y fiolas se clasifican según su capacidad aproximada: 5, 10,25, 50, 100, 125, 250 ml y luego desde uno hasta varios litros. 5. Kitasato: es una fiola o Erlenmeyer de capacidad variada, que presenta en el cuello, una tubuladura lateral que permite unirse a un tubo de goma, este material de vidrio se utiliza, fundamentalmente para efectuar filtraciones al vacío se facilita el paso más rápido del líquido, ya que los filtros usados son de poros muy pequeños. 6. Tubos de ensayo: son tubos de vidrio de paredes delgadas cerrado en uno de sus extremos, generalmente apropiados para calentar directamente a la llama (Tubos Pyrex). Existen varios tamaños para este instrumento pero el comúnmente utilizado es el de 25 ml. 7. Tubos centrífuga: similares a los anteriores, pero presentando un estrechamiento de forma cónica en su extremo cerrado. Existen con o sin escala numérica, los no graduados (sin escala) sirven sólo para contener volúmenes arbitrarios de líquidos que deben centrifugarse. 8. Embudos: construidos de vidrio grueso o plástico, son de forma cónica con tallo inferior hueco. Se clasifican según la inclinación de sus paredes o el diámetro del cono, así como también según presenten el tallo corto o largo. Los más usados tienen una inclinación de 60º y tallo corto. Pueden ser de superficie lisa o acanalados, presentando estos últimos mayor superficie de filtración. Se utilizan para trasvasar y filtrar líquidos. Además de los embudos corrientes de vidrio, hay gran variedad de embudos, construidos de otros materiales y adaptados a usos especiales. Así por ejemplo: el embudo de Buchner para filtrar al vacío es de porcelana, cilíndrico, provisto en el fondo de una superficie con multitud de agujeros, en forma de criba. Otra variedad es el embudo de decantación o probeta de decantación, instrumento generalmente en forma cónica, con o sin tapa y provisto de una llave de paso que permite la separación de líquidos de diferente densidad. 9. Embudos de Buchner: son embudos de vidrio o de porcelana, utilizados para filtrar. Existen dos tipos, uno de ellos presenta una placa porosa, variando el tamaño del poro, y no necesita utilizar papel de filtro para poder separar el filtrado. En el otro 4

5 tipo de embudo la placa no es porosa, sino una placa compacta de porcelana con pequeñas perforaciones, cuya función es sostener el papel de filtro. 10. Vidrio de reloj: es una superficie cóncavo-convexa de vidrio, sirve generalmente para evaporar a temperaturas ordinarias, pequeñas cantidades de líquidos, cristalizar pequeñas muestras, cubrir envases, etc. 11. Desecador: envase de dos compartimientos con tapa que se usa para mantener un ambiente seco para el material afectable por la humedad o el dióxido de carbono, o para secar sustancias por deshidratación. El material a desecar o proteger se coloca en la división superior en un recipiente abierto (cápsula) y la sustancia desecante (H2SO4 CaCl2 anhidro, etc.) o absorbente de CO2 (NaOH) en la inferior. Existen en metal o vidrio. 12. Refrigerantes: aparatos de vidrios utilizados para condensar vapores por enfriamiento; el más sencillo es el refrigerante de aire que es un tubo alargado; el refrigerante de Liebig que consta de dos tubos concéntricos: en el tubo interno se condensan los vapores y en el externo circula agua a contracorriente; refrigerante de bolsas y refrigerantes de serpentín en los cuales se aumenta la superficie del tubo interno a fin de aumentar la superficie de enfriamiento. Se adaptan a los matraces de destilación por medio de tubos de vidrio debidamente acodados insertados en tapones de goma o bien el matraz presenta la boca o una abertura tubular lateral esmerilada que se adapta a la boca, también esmerilada del refrigerante. Instrumentos para volumetría Cuando se hace referencia al uso de material volumétrico, se debe tener presente la forma correcta de hacer la lectura en dichos instrumentos. En la figura 1 se puede apreciar que la lectura se realiza siempre en el eje visual. Lecturas por debajo o por encima de dicho eje tienden a ser erróneas. La deformación de la superficie del líquido conocida como menisco debe tocar tangencialmente en su parte inferior la señal del instrumento que nos indica el volumen que se desea medir. 5

6 1. Cilindros graduados: llamados también probetas graduadas, son recipientes de vidrio grueso, forma cilíndrica y diámetro uniforme, provistos de pie para darles estabilidad, graduados en milímetros, submúltiplos y múltiplos. No son aptos para calentar ni para efectuar reacciones químicas. Se usan para medir líquidos con una incertidumbre de 1/2 ó 1/5 de la menor graduación que tenga, los hay de 5, 10, 25, 50, 100, 250 y 500 ml y de uno o más litros. 2. Matraces aforados: también conocidos como matraces volumétricos, tienen la forma de los matraces corrientes pero con cuello estrecho y largo en el cual hay una señal de aforo que indica el límite de llenado. A ese nivel contienen el volumen para el cual fueron calibrados, generalmente a una temperatura de calibración de 20ºC. Los matraces aforados tipo (standard) están calibrados para contener, 2000, 1000, 500, 250, 200, 100, 50 ó 10 ml a temperatura de 20ºC y cuando se enrasan hasta la señal de aforo. Generalmente se emplean en la preparación de soluciones de concentración exacta. 3. Pipetas: son tubos de vidrio de diámetro uniforme y capacidad determinada, destinado a medir o trasvasar cantidades exactas de líquidos. Su extremidad superior termina en borde romo para poder obturar con el dedo; su extremidad inferior estrechada afilada, permite la salida de pequeñas gotas. Podemos considerar dos tipos: a. Las pipetas volumétricas: sirven para trasvasar o contener un determinado volumen de líquido. Su parte central esta ensanchada en forma de bulbo, no son graduadas, son de una sola capacidad y generalmente de un solo aforo. Este tipo de pipetas se utiliza mucho para trabajos con sangre; pipetas hematimétricas en general, pipeta de Osdwold (con bulbo terminal y generalmente de 1, 2 y 5 ml de capacidad), pipetas para dosificación de hemoglobina (20 milímetros cúbicos). b. Las pipetas graduadas: tienen diámetro uniforme en casi toda la longitud y permiten medir cantidades exactas de determinados líquidos. 6

7 Existen a la vez dos tipos de pipetas graduadas: las de un solo aforo y las de doble aforo. En las primeras (pipetas terminales) el volumen total indicado por la pipeta está comprendido entre el cero y la punta. Estas pipetas de un solo aforo se emplean especialmente para medir líquidos de consistencia viscosa, que por su naturaleza gran parte del líquido queda adherido a sus paredes; esa porción detenida se arrastra con ayuda de agua o de un solvente adecuado, recibiendo el líquido de lavado en el mismo envase recolector. En las de doble aforo (pipetas no terminales), el aforo superior corresponde a cero y el inferior a la división que indica la capacidad total de la pipeta. Las capacidades de las pipetas graduadas son muy variables: 50, 25, 20, 10, 5, 2, 1, 0,2 y 0,1 ml. Algunas pipetas de 1 ml, así como las de 0,5, 0,2 y 0,1 ml, están divididas en centésimas de ml. Otra clasificación de las pipetas, tanto volumétricas como graduadas, se refiere a la forma como fueron calibradas; hay tres tipos: calibración para suministrar, calibración para contener, y calibración no especificada. Las pipetas para suministrar tienen graduadas las iniciales T.D, (To deliver; entregar, suministrar), lo que significa que han sido fabricadas y calibradas para entregar, suministrar o dejar escurrir el volumen exacto que traen especificado entre las dos graduaciones extremas (pipetas de doble aforo) o entre el cero y la punta (de aforo único), descartando el líquido que siempre quedará adherido a las paredes. Las pipetas para suministrar (T.D) vienen calibradas para proporcionar el volumen indicado cuando se usa agua destilada a una temperatura determinada (20 ó 25ºC). Cuando se usan líquidos más viscosos (sangre) o mucho mas viscosos (éter), los resultados serán distintos y habrá que hacer las correspondientes correcciones si se trata de un trabajo analítico. De igual forma se procederá cuando la temperatura del líquido sea diferente a la temperatura de calibración. Las soluciones acuosas diluidas con diferencias de dos grados aproximadamente de la temperatura de calibración, dan 7

8 un ligero error, sin embargo las diferencias de volumen son tan pequeñas que no ameritan tomarse en cuenta. Las pipetas para contener tienen grabadas o impresas las iniciales T.C. (to contain) o la palabra contain (contener); esto indica que la calibración fue hecha para contener el volumen exacto indicado en ella y por consiguiente, el volumen vertido es inferior al medido, según la viscosidad del líquido. Si se desea verter exactamente el líquido medido, debe arrastrarse el que queda adherido a las paredes de la pipeta mediante un solvente. La calibración depende de la naturaleza del líquido que se mide, y la corrección solo será necesaria para las diferencias de temperatura. Por último, hay pipetas que no tienen ninguna indicación de contener o suministrar y por consiguiente no pueden ser empleadas para trabajos exactos. 4. Buretas: son tubos largos de vidrio, graduados, de diámetro interior uniforme y pequeño, abiertos por su extremidad superior y terminados en punta afilada por su extremo inferior, con un dispositivo en forma de llave que regula la salida del líquido. Se emplean para medir cantidades variables de líquidos, sobre todo en titulaciones, permaneciendo siempre en posición vertical y fija. Vienen graduadas en mililitros y submúltiplos. Las buretas se consideran como pipetas graduadas con una llave de paso para poder medir los volúmenes con la mayor exactitud. a. Bureta simple, con llave de teflón. b. Bureta de Mohr. En la bureta de Mohr la llave de vidrio está sustituida por un tubo de goma con una pinza de presión (pinza de Mohr) y un pequeño tubo terminal de vidrio. Sean las buretas de una u otra clase, el respectivo tubo de salida, debe en su extremo, estrecharse gradualmente y tener un diámetro tal que permita la salida de una gota, de volumen mucho menor del que se pueda apreciar entre las divisiones más finas marcadas en la escala de la bureta. 8

9 Las capacidades más frecuentes de las buretas son de 50, 25 y 10 ml. Existen además buretas de 5, 2 y 1 ml utilizadas en análisis especiales. divididas en centésimas. Estas últimas, junto con las de 10 ml, reciben el nombre de microburetas. 5. Tubos de centrífuga graduados: presentan la misma forma de los tubos de centrífuga, pero vienen graduados en milímetros y fracciones, con capacidades de 10 y 15 ml. Se utilizan para apreciar el volumen de los sedimentos y/o sobrenadantes. Instrumental de porcelana 1. Cápsulas: son recipientes de forma cónica fabricados generalmente de porcelana, aunque también los hay de vidrio. Se prefieren de porcelana por ser un material resistente a las altas temperaturas. Presentan diferentes tamaños; hay hondas y llanas. Se utilizan para verificar reacciones químicas, calentar sustancias y evaporar líquidos. 2. Crisoles: son recipientes en forma de vaso, por lo general provisto de tapa. Los más empleados son de porcelana, estando especialmente adaptados para soportar elevadas temperaturas. Se usan en particular para la calcinación e incineración de productos químicos. También se fabrican de vidrio y de platino. 3. Morteros: instrumento de paredes gruesas y en forma de taza que se complementan con el mazo o vástago. Construidos frecuentemente de porcelana, los hay también de hierro, vidrio, etc. Se emplean para triturar y pulverizar sustancias. Otros materiales usados en el laboratorio 1. Bomba de vacío: es un aparato que efectúa extracción de aire, en cualquier recipiente que se pueda conectar a la bomba, por medio de mangueras de goma se utiliza en las filtraciones al vacío, unido al kitasato y al embudo Buchner. 2. Pizeta: es un recipiente de material de plástico que en su interior se coloca el agua, y al presionarla, por su punta fina, sale el agua a presión permitiendo lavar o arrastrar cualquier material. Se utiliza para trasvasar material sólido y para lavar los recipientes, sin tocar sus paredes. 3. Varilla de vidrio: son tubos sólidos, de vidrio, de tamaño y espesor variado, que sirven para agitar, trasvasar o remover cualquier material. 9

10 4. Frasco gotero: son frascos de vidrio, que poseen una tapa con una ranura que al colocarla de manera que esta coincida con la ranura que presenta el frasco, permite sacar el líquido contenido en él en forma de gota. 5. Tapones de goma: son de tamaño variado, utilizados para tapar y algunos presentan agujeros, que permiten el paso de tubos de vidrio o termómetros, sirviendo en estos casos de soporte de ellos. 6. Termómetros: son instrumentos utilizados para medir la temperatura, variando su calibración, pues pueden medir por debajo de cero grados hasta temperaturas mayores de 300ºC. 7. Propipetas y perillas: son utensilios de goma o plástico que sirven para evitar el uso de la boca en la acción de pipetear. La primera es específica para tal actividad, es una perilla de goma modificada que posee una serie de válvulas que permiten succionar y vaciar la pipeta sin correr riesgos durante su manipulación. Material metálico y de madera: 1. Soporte universal: utensilio de hierro formado por una varilla de 60 cm o más, que va fija a pie plano, cuadrangular o pequeño trípode. Sirve para sujetar anillos o pinzas que a la vez pueden sostener distintos instrumentos (balones, buretas, etc.). 2. Trípode: también generalmente de hierro. Provisto de un aro y tres tallos que hacen de soportes. Se emplea para colocar instrumentos que es necesario calentar. Por lo común se coloca sobre el aro una rejilla metálica. 3. Rejilla metálica: de forma cuadrangular, constituidas por finos alambres entrecruzados e incrustada en su parte central de un área circular de amianto, este material dispersa el calor con uniformidad. Generalmente se colocan sobre anillos o trípodes cuando van a calentarse instrumentos que no deben recibir calor directo 4. Anillo de hierro: se usa para sostener balones que es necesario calentar, sobre todo en proceso de destilación. El anillo lleva un vástago con tornillo que se sujeta al soporte universal. 10

11 5. Mechero de Bunsen: es el más corriente de los mecheros a gas y se utiliza como generador de energía calorífica. 6. Espátula: utensilio en forma de cuchillo, con hoja metálica, algunas veces cubierta de teflón, de bordes romos y mango de madera. Se utiliza para manipular sustancias sólidas de los recipientes donde se les guarda y durante la pesada. 7. Pinzas para soporte: las hay de diferentes tipos y son de metal, por un extremo se sujetan al soporte universal mediante un tornillo, el otro extremo está provisto de dos ramas recubiertas de gomas para evitar roturas del material de vidrio que sostienen. 8. Pinzas para matraces: son pinzas metálicas semejantes a tenazas, la extremidad donde se coloca el envase, está recubierto de material asbestado que no se deteriora cuando se someten al calor. 9. Pinzas para crisoles: son de metal, tienen forma de tenaza arqueadas, están destinadas a poner o quitar en los hornos los crisoles que se han de llevar o se han llevado a calentamiento intenso. Cuando se han de emplear para quitar y poner los crisoles de platino al rojo, tienen sus extremidades cubiertas con dedales de platino, ya que el platino al rojo tiende a unirse con otros metales. 10. Pinzas de Morh: es una pinza metálica a presión que se mantiene cerrada y se presiona para abrir. Estas se utilizan para interrumpir el flujo de líquidos a través de tubos de goma. 11. Pinzas para tubos de ensayos: las hay de metal y de madera; estas presentan dos ramas, una larga y otra corta, que giran sobre un resorte. Se utilizan para sostener tubos de ensayos al calentarlos. 12. Gradilla: soporte especial de madera o metálico, empleado para colocar tubos de ensayos. 11

12 Figura Nº1 Formas de apreciación del volumen en un instrumento de volumetría (Tomado de Franz, H.; Lloyd, M. Laboratory studies in General Chemistry: Student Notebook. W. Freeman Co. San Francisco, USA ) 12

13 Figura Nº2 Algunos materiales que se utilizan en el laboratorio de química. (Tomado de Franz, H.; Lloyd, M. Laboratory studies in General Chemistry: Student Notebook. W. Freeman Co. San Francisco, USA. 1970) 13

14 Bibliografía Franz, H.; Lloyd, M. Laboratory studies in General Chemistry: Student Notebook. W. Freeman Co. San Francisco. USA Pavia, Donald; Lampman, Gary; Kriz George. Introduction to organic laboratory techniques. Saunders editores Plummer, David. Bioquímica práctica. Mc Graw Hill Shugar, Gershon; Bauman, Lawrence. Chemical technicians ready reference handbook. Mc Graw Hill. 2da Edición