Fig. 1. F 1 x d 1 = F 2 x d 2. d 1 = d 2 F 1 = F 2

Transcripción

1 UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL FACULTAD REGIONAL ROSARIO DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA CATEDRA DE QUIMICA GENERAL PRACTICO DE DETECCIÓN DE MASAS BALANZA METTLER TRABAJO PRÁCTICO Nº:... NOMBRE Y APELLIDO:... FECHA:... CURSO:... COMISIÓN:... DISTINCION ENTRE MASA Y PESO El lector debe reconocer claramente que hay una diferencia entre los conceptos de masa y peso. El más fundamental de éstos es la masa una medida invariable de la cantidad de materia en un objeto. Por otra parte, el peso de un objeto es la fuerza ejercida entre él y su entorno, principalmente la tierra. Puesto que esta atracción gravitacional está sujeta a ligeras variaciones geográficas con la altitud y la latitud, de igual modo el peso de un objeto es una cantidad algo variable. Por ejemplo, el peso de crisol será menor en La Quiaca que en Rosario ya que la fuerza de atracción entre él y la tierra es tanto menor cuanto mayor es la altitud. De manera semejante, debe pesar más en Usuhaia que La Plata, dado que la tierra está algo achatada en los polos, la fuerza de atracción aumenta apreciablemente con la latitud. Por otra parte, la masa de este crisol permanece constante independiente de la localidad en la que se mida. Peso y masa están relacionados entre sí de manera sencilla por medio de la expresión familiar F = Mg en donde el peso (F) está dado por el producto de la masa (M), del objeto y la aceleración debida a la gravedad (g). En análisis químico estamos invariablemente interesados en la determinación de masas, ya que no deseamos que nuestros resultados dependan de la localidad en la cual se realice el experimento. Esto se consigue fácilmente comparando la masa desconocida de un objeto con la de objetos de masa conocida mediante el uso de una balanza; puesto que la cantidad g afecta por igual exactamente en la misma extensión a las masas conocidas y desconocidas, resultará una justa medida de masas.no siempre es observada la distinción entre peso y masa; de ordinario la operación de comparar las masas se llama pesada, y los objetos de masa conocida con los cuales se realiza la operación se llaman pesas. Aunque en lo sucesivo los dos términos se utilizan sinónimamente, estrictamente hablando es su masa a la que nos referimos. Pag.1

2 BALANZA, PESAS y PESADAS La balanza analítica es uno de los instrumentos de mayor importancia para el químico analista por lo que se debe conocer su construcción, empleo y cuidado. Los diversos modelos de balanzas se diferencian en detalle de construcción y en su sensibilidad. Para la mayoría de las necesidades del análisis cuantitativo basta una balanza cuya carga máxima sea de g. y de 0,1 mg. de sensibilidad. Fig. 1 La balanza puede considerarse como una cruz rígida, o palanca BC que tiene un apoyo central y dos brazos de igual longitud; en ambos extremos de la cruz se encuentran las cuchillas (prisma triangular) que sustentan los platillos de la balanza, mediante un sistema de suspensión adecuado (Fig. 1). Si se coloca un cuerpo de masa M 1, sobre el platillo izquierdo de la balanza, el fiel P se desplazará hacia la derecha. Para restablecer el fiel a su posición inicial, deben ponerse en el platillo de la derecha, cuerpos de masa conocida, denominados pesas. Cuando se restablece el equilibrio, por el principio de los momentos, es F 1 x d 1 = F 2 x d 2 donde F 1 y F 2 son las fuerzas que actúan en las cuchillas de la izquierda y de la derecha, respectivamente, y d 1, d 2, son las distancias entre cada cuchillo y la central. Como la cruz de la balanza tiene brazos iguales, es: por lo que: d 1 = d 2 F 1 = F 2 Ahora bien, las fuerzas F1 y F 2 representan los pesos de los cuerpos que están en los platillos de la izquierda y de la derecha, respectivamente, es decir: F 1 = M 1 g y F 2 = M 2 g donde M1 y M2 son las masas de los cuerpos de la izquierda y de la derecha, respectivamente, y g es la aceleración de la gravedad. En rigor, F 1 y F 2 son los pesos que corresponden a los cuerpos puestos sobre los dos platillos. Pero F 1 M 1 g M = = 1 F 2 M 2 g M 2 o sea, la relación entre los pesos de los cuerpos de ambos platillos, fuerza con que son atraídos por la gravedad, es igual a la relación entre las masas. En análisis cuantitativo, sólo interesa conocer la cantidad de materia de un cuerpo, es decir, su masa, que es independiente de g. En un mismo lugar los pesos son proporcionales a Pag.2

3 las masas. En análisis cuantitativo se acostumbra emplear los términos peso y masa como sinónimos. En rigor, con la balanza analítica se determina la masa y no el peso. BALANZA METTLER Esta balanza representa una palanca de primer grado con un apoyo central y dos brazos opuestos de igual longitud. Es asimétrica, ya que posee un solo platillo suspendido de un extremo. Tiene, además, dos cuchillas: una central y otra en un extremo sustentando el único platillo. En este se encuentran también una serie de pesas que hacen un total de 160 g., y en el opuesto una sola que contrarresta exactamente a las anteriores. Las pesadas se efectúan a carga constante. Esto significa que, al colocar el objeto a pesar en el platillo, se pierde el equilibrio de la cruz que se restituye retirando las pesas que se encuentran ocultas en el mismo brazo que el platillo. El total de pesas retiradas indica el peso del objeto. En realidad, el brazo no alcanza el equilibrio total, pero las pesas se retiran hasta una aproximación de 1 g. El desequilibrio del brazo se registra óptica y automáticamente en una escala iluminada con un rayo de luz que se refleja en una escala óptica grabada sobre el brazo. En esta escala se leen los dg. y cg. Finalmente, con un Vernier circular o nonio se leen los mg. y los medio mg. (aproximaci6n de 0,5 mg.) Otra alternativa es leer el desequilibrio en un contador digital. Las principales partes de la balanza se muestran en la figura 2 y la balanza en conjunto en la figura 3. Todas las pesas de la balanza (3) se encuentran ocultas, colgadas de ganchos resistentes de acero inoxidable y éstos a su vez, apoyados en varillas suspendidas de la cruz de la balanza. Las pesas se retiran mediante dos perillas ubicadas al frente de la balanza: la perilla izquierda comanda las pesas de 10 g. (hasta tota1izar 150 g.), la perilla ubicada a la derecha inferior comanda las pesas de 1 g. (hasta totalizar 9 g.). Las pesas que se retiran se registran en un contador al frente de la balanza. El brazo llega rápidamente al punto de reposo mediante un pistón amortiguador de aire (10). Es necesario tener cuidado para no dañar los filos de las cuchillas (4) cuando la balanza no esta funcionando y mientras se colocan o retiran objetos del platillo. Con el fin de proteger el filo de la cuchilla y el brazo, se emplea una perilla de tres posiciones ubicada en el lateral izquierdo de la balanza. Las tres posiciones son: central, hacia el frente de la balanza, y hacia atrás de la balanza. La posición central detiene el platillo y el brazo, posición de arresto, se utiliza cuando se colocan y retiran objetos del platillo. La segunda posición, girando la perilla hacia el frente de la balanza, posición de semiarresto, se utiliza sólo para comandar las perillas de las decenas y unidades de gramos. Y la tercera posición, girando la perilla hacia atrás de la balanza, lanzada, deja en completa libertad el platillo para que la balanza quede en reposo, pudiéndose realizar la lectura completa del objeto que se pesa. Cuando se ha llegado a la pesada al gramo, por defecto, mediante las perillas, se vuelca la perilla del arresto del platillo hacia atrás (movimiento lento y suave, para evitar oscilaciones) y se leen dg. y cg. en la proyección óptica de la escala, sobre el vidrio despulido. En la figura 4 se muestra ampliado el totalizador mecánico y la proyección óptica de la escala. Finalmente con la perilla superior de la derecha se comanda un nonio ubicado junto a la proyección óptica de la escala. Esta perilla se gira hasta lograr que una de las divisiones del nonio coincida con el cg. de la escala de la proyección óptica. Puede observarse que esta coincidencia se produce entre dos líneas paralelas horizontales grabadas en negro sobre el vidrio despulido. La pesada que se registra en la fig. 4 es 129,3550 g. Antes de cada pesada o cada media hora se debe verificar la puesta a cero de la balanza. Esto se realiza mediante una perilla ubicada en el lateral derecho. La graduación cero de la escala proyectada y la del nonio se hacen coincidir entre dos líneas horizontales paralelas grabadas en el vidrio. Normalmente una vez al día, o al tomar el turno de trabajo en el laboratorio se debe verificar que la balanza se encuentre sobre una superficie exactamente horizontal. De lo Pag.3

4 contrario, se gira uno de los dos tornillos que sustentan las patas delanteras hasta lograr equilibrar un nivel de burbuja. Con esta balanza las pesadas pueden efectuarse en menos de un minuto. 1. Freno del platillo. 2. Platillo. 3. Pesas. 4. Cuchilla terminal. 5. Estribo. 6. Pesa movible para ajuste de la sensibilidad. 7. Pesa movible para ajuste inicial del punto cero. 8. Cuchilla principal. 9. Contrapeso. 10. Amortiguador. 11. Escala óptica grabada. 12. Sistema de arresto. 13. Perilla de arresto. Fig. 2 Fig. 3 Pag.4

5 INSTRUCCIONES DE MANEJO: Pag.5