Universidad de Costa Rica

4. Mediciones, manejo de datos y cifras significativas


Guía de experimentos de Química General

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Objetivos


Identificar la importancia de las unidades de medida.

Usar de forma correcta los instrumentos de laboratorio para determinar las propiedades físicas de la materia.

Expresar las cantidades obtenidas de las mediciones, con el número correcto de cifras significativas.

Utilizar los datos obtenidos de las mediciones para calcular las propiedades derivadas del sistema internacional.

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Introducción


La Química dejó de ser alquimia para convertirse en una ciencia exacta cuando los experimentos que se realizaban empezaron a registrarse con detalle para poder replicarlos. De esta manera, se implementó la toma de datos, el registro de procedimientos, el cálculo de resultados, las observaciones y, sobre todo, la reproducibilidad de los ensayos.

El estudio de la materia involucra un sinnúmero de variables que deben estar claramente nombradas y caracterizadas, de modo que no causen confusión a la hora de utilizarlas. Ante esto, con el fin de definir la magnitud de una propiedad, como la masa o el volumen, se usan las unidades de medida.

En general, la comunidad científica se basa en el Sistema Internacional de Unidades (SI) para reportar los resultados de las diferentes investigaciones que se realizan. Con esto, se asegura la comprensión de los datos que se publican, pues, por ejemplo, alrededor de todo el mundo, un metro, tiene el mismo significado, y se acepta como la unidad básica para denotar longitud. A continuación se muestra una tabla con las siete unidades básicas establecidas en el SI.

Cuadro 4.1. Unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades

Cantidad Nombre Abreviatura
Longitud Metro m
Masa Kilogramo kg (k minúscula)
Tiempo Segundo s
Temperatura Kelvin K (siempre mayúscula)
Cantidad de sustancia Mol mol
Intensidad de la luz Candela cd
Corriente eléctrica Ampere A

 

La combinación de estas siete unidades da lugar a una cantidad mucho más grande de unidades, las cuales se clasifican como unidades derivadas; entre ellas están la densidad (kg/m3), la fuerza en Newtons (N), la velocidad (m/s) y la aceleración (m/s2). En la vida cotidiana, el saber aplicar las unidades es muy importante, pues tener la noción de cuánto es un kilogramo a la hora de hacer las compras del mercado, o cuánto es el rendimiento del combustible en un automóvil son ejemplos de situaciones donde necesitamos utilizar unidades.

Es claro que no siempre se emplean las unidades del sistema internacional en algunas mediciones. Algunas no pertenecen al SI, pero son muy comunes, como los litros para indicar volumen, las hectáreas para áreas de terreno o las libras para la masa. El hecho de que existan y se utilicen de forma común otras unidades que no forman parte del sistema internacional, creó la necesidad de encontrar factores de conversión, los cuales permiten conocer la equivalencia entre unidades de diferentes sistemas. Las conversiones son cálculos matemáticos que aplican los factores de conversión para determinar el resultado o magnitud en otra unidad. Por ejemplo, pasar de kilogramos a libras, de kilómetros a millas y de colones a dólares, son operaciones que requieren un factor de conversión para llevarse a cabo.

El estudio de las propiedades de la materia se realiza a través de diversos instrumentos. Anteriormente se definieron las unidades en las cuales se reportan esas propiedades; pero es importante aclarar que al ser mediciones instrumentales tienen siempre la incertidumbre propia de cada instrumento. Esto debe verse reflejado en la cantidad de cifras significativas con las cuales se reporta el resultado de cada medición.

En esta práctica se pretende que el estudiante integre los conocimientos de los temas indicados anteriormente, que se estudian en las clases de teoría y aplicarlos en la realidad de una clase de laboratorio.

Procedimiento


Equipo

Cubos y cilindros de diferentes materiales, balanzas, buretas, prensa para buretas, probetas, beakers, cronómetros, termómetros, calculadora y regla o vernier.


A) Medición de masa

Escoja uno de los objetos que trajo de su casa (bolinchas, adornos, cubiertos, juguetes pequeños, etc.) y mida su masa. Retire el objeto, apague la balanza, enciéndala de nuevo y vuelva a medir la masa del objeto. Repita este procedimiento hasta tener tres resultados. Anótelos en el cuaderno de laboratorio. Repita los pasos anteriores con una balanza diferente. Anote los resultados. Solicite a su compañero que realice el procedimiento anterior, y registre de nuevo los resultados.

Cuadro 4.2. Resultados de la medición de masa de un objeto

Réplicas Estudiante 1 Estudiante 2
Balanza 1 Balanza 2 Balanza 1 Balanza 2
Masa 1 (g)        
Masa 2 (g)        
Masa 3 (g)        
Masa promedio (g)        

B) Medición de volumen y flujo de agua en una bureta

Limpie la bureta, llénela correctamente con agua de la tubería y colóquela en la prensa para buretas. Corrobore que la punta del instrumento esté llena y no contenga burbujas. Coloque un beaker de 50 mL debajo de la punta de la bureta. Abra la llave hasta verter entre 30 y 35 mL. Anote el volumen vertido de la bureta con la cantidad correcta de cifras significativas. Haga la lectura del volumen vertido en el beaker. Repita el procedimiento anterior cuatro veces más. Durante cada medición tome el tiempo que tarda en verter el agua en el beaker. Utilice un cronómetro. No bote el agua de la última medición. Para cada medición calcule el flujo del agua en mL/s y obtenga el promedio de estos datos.

Cuadro 4.3. Resultados de la medición de volumen y flujo de agua con una bureta

  Bureta Beaker Tiempo (s)
Volumen 1 (mL)      
Volumen 2 (mL)      
Volumen 3 (mL)      
Volumen 4 (mL)      
Volumen 5 (mL)      

C) Medición de la temperatura

Con un termómetro mida tres veces la temperatura del agua que acaba de verter en el beaker de 50 mL. Cada vez que vaya a introducir el termómetro en el beaker, asegúrese de que la temperatura del instrumento esté por debajo de los 10 grados. Para cada medición, anote la temperatura inicial y la temperatura final del instrumento. Utilice el número correcto de cifras significativas para las mediciones con el termómetro.

Cuadro 4.4. Resultados de la medición de temperatura

Réplica Temperatura inicial (°C) Temperatura final (°C) Diferencia (°C)
1      
2      
3      

D) Medición de longitud y masa

Escoja un cubo y un cilindro de los asignados a su mesa de trabajo. Con una regla o un vernier, mida las dimensiones del cubo y del cilindro. Anote el resultado de cada medición con la cantidad correcta de cifras significativas. Mida la masa del cubo y anote el resultado. Luego calcule el volumen y la densidad del mismo.

Cuadro 4.5. Dimensiones y masa del cubo

Longitud 1 (mm)
Longitud 2 (mm)  
Longitud 3 (mm)  
Volumen (mm3)  
Masa del cubo (g)  

Cuadro 4.6. Dimensiones y masa del cilindro

Longitud 1 (mm)
Diámetro (mm)  
Volumen (mm3)  
Masa del cubo (g)  

Bibliografía


Elaborado por Juan Pablo Ramírez y Mariela Araya