Materiales de Laboratorio

Material de Contención y Medición de Volumen

• Vasos de precipitado: Se utilizan para contener volúmenes de líquidos, evaporar líquidos por calentamiento y realizar reacciones químicas.
• Matraz Erlenmeyer: Se utiliza para realizar reacciones químicas, como por ejemplo, reacciones de neutralización (titulación).
• Matraces aforados: En los cuales pequeñas variaciones de volumen del líquido se traducen en cambios visibles en la marca en el cuello (aforo). Los matraces aforados se utilizan solamente para preparar soluciones.
• Matraz Kitasato: Se parece al matraz Erlenmeyer, pero este tiene una salida lateral. Se utiliza en la filtración al vacío, en donde la salida lateral se conecta a la bomba de vacío para producir la succión.
• Probetas: Son recipientes cilíndricos provistos de una base, presentan una escala graduada y las hay de diferentes capacidades. Las probetas no son muy precisas y solo se emplean para medir volúmenes de líquido en forma aproximada.
• Pipetas graduadas: Presentan una escala graduada y son instrumentos diseñados para entregar un volumen conocido de líquido, transfiriéndolo de un recipiente a otro.
• Pipetas volumétricas: Estas pipetas, al igual que las graduadas, sirven para medir volúmenes, pero en este caso los volúmenes son únicos o fijos.
• Buretas: Consisten en un tubo calibrado provisto de una llave por la cual se controla el flujo del líquido. Poseen una precisión y exactitud superior a las pipetas y siempre se utilizan en forma vertical, sostenida por un soporte universal mediante una pinza para bureta ubicada en su tercio inferior.

Material de Calentamiento

• Mecheros: Existe gran variedad de mecheros, siendo el de uso común el Bunsen. Estos aprovechan el poder calorífico del gas para combustionarse con el aire.

Material de Medición de Temperatura

• Termómetro de mercurio: Sus límites están impuestos por la temperatura de solidificación del mercurio (-38,8°C) y la temperatura de ebullición de este elemento (+357 °C). Permiten advertir claramente las pequeñas variaciones de volumen generadas por la dilatación o contracción del líquido. Para medir temperaturas bajas se utilizan termómetros con otros líquidos que generalmente se colorean. Por ejemplo, para medir temperaturas entre -110°C y +40°C se usa alcohol etílico. Las causas de error en la medición de temperatura con termómetros de contenido líquido son: falta de tiempo para que la columna llegue a adquirir la temperatura del ambiente en que se hace la medida y error de paralaje del observador. Debido a que el vidrio se contrae por envejecimiento y puede provocar la variación del cero hasta un par de grados, los termómetros deben calibrarse periódicamente.

Material de Medición de Masa

• Balanzas: Son los instrumentos que permiten medir masa. Las más utilizadas son: balanza granataria, balanza de precisión y la balanza analítica.
• Balanza analítica: Es un instrumento de alta exactitud y precisión, utilizada para medir cantidades pequeñas de masa con exactitud de 0,1 miligramo (mg). Una balanza analítica debe cumplir los siguientes requisitos: ser exacta, estable, sensible y tener un periodo de oscilación corto.

Tipos de Mezclas

• Mezcla homogénea: Solución.
• Mezcla heterogénea: Composición no uniforme.

Concentraciones de las Soluciones

1. Porcentaje peso-peso (% p/p): La masa de soluto, en gramos, contenida en 100 gramos (g) de masa de solución.
2. Porcentaje peso-volumen (% p/v): Se refiere a la masa de soluto, en gramos, disuelta por cada 100 mL de solución.
3. Partes por millón (ppm): La masa de soluto, en miligramos, disuelta en 1 litro de solución (mg/L) o la masa de soluto, en miligramos, disuelta en 1 kilogramo de solución (mg/kg).
4. Molaridad (M): Indica el número de moles de soluto contenido en cada litro de solución (mol/L).
5. Normalidad (N): Indica el número de equivalentes de soluto contenido en cada litro de solución (eq/L).

Preparación de Soluciones

• Cuando se dispone de un sólido puro como soluto: La solución se prepara pesando una masa dada de soluto (por pesada).

Pesada

Preparación: Pesar 2,65 g de carbonato de sodio en un vaso de precipitado en una balanza analítica. Disolver en un poco de agua destilada y vaciar a un matraz aforado de 250 mL. Enjuagar el vaso de precipitado con dos porciones de agua destilada y vaciar al matraz aforado. Enrasar, con agua destilada, hasta el aforo, agitar para homogeneizar y trasvasijar a una botella de almacenamiento. Etiquetar señalando el nombre de la solución, la concentración, la fecha de preparación y el nombre de la persona responsable de la preparación. Luego, añadir suficiente solvente para enrasar hasta el aforo del matraz volumétrico.

• Cuando se dispone de una solución concentrada: Es decir, el soluto está formando parte de una solución, es posible preparar una solución midiendo el volumen necesario (por dilución), para luego agregar suficiente solvente para obtener una solución de menor concentración.

Dilución

Preparación: Se mide con un material volumétrico apropiado 14,4 mL de la solución madre (ácido nítrico al 43% en peso y densidad 1,27 g/mL). Vaciar directamente a un matraz aforado de 250 mL que contenga una pequeña cantidad de agua destilada. Enrasar, con agua destilada, hasta el aforo, agitar para homogeneizar y trasvasijar a una botella de almacenamiento. Etiquetar señalando el nombre de la solución, la concentración, la fecha de preparación y el nombre de la persona responsable de la preparación.

Propiedades Coligativas

Dependen del número de partículas de soluto presentes, son: el aumento del punto de ebullición (ascenso ebulloscópico), el descenso del punto de congelación (descenso crioscópico), la disminución de la presión de vapor y la presión osmótica.

La ósmosis es el proceso por el cual una membrana semipermeable permite el paso de solvente a través de ella con el objetivo de igualar la concentración a ambos lados de la membrana.

Si se tienen dos soluciones de igual concentración y con la misma presión osmótica, se dice que son isotónicas o isoosmóticas. Si dos soluciones tienen presiones osmóticas diferentes, se dice que la más concentrada es hipertónica o hiperosmótica y la más diluida se describe como hipotónica o hipoosmótica.

Cinética Química

Cinética: Velocidad con la que ocurren las reacciones químicas.

Factores que determinan la velocidad de una reacción química

1. La concentración de los reactantes: La velocidad de una reacción química aumenta con el aumento en la concentración de los reactantes.
2. Efecto de la temperatura.
3. Efecto de catalizadores.

Equilibrio Químico

A medida que la reacción se efectúa, va disminuyendo la concentración de los reactantes y, simultáneamente, la concentración de los productos va aumentando. En el momento en que se establece la igualdad entre las velocidades de las reacciones directa e inversa, no se producen posteriores cambios en las concentraciones de reactantes y productos, se ha alcanzado un estado de equilibrio químico.

Principio de Le Chatelier: “Cuando un sistema en equilibrio es perturbado, este evolucionará espontáneamente hacia una nueva posición de equilibrio en la dirección que contrarreste dicha perturbación”.

Se puede perturbar un sistema en equilibrio al modificar las siguientes variables:

1. Variando la concentración de reactantes o productos.
2. Variando la presión de cualquiera de los componentes.
3. Variando la presión del sistema.
4. Variación de la temperatura.

Soluciones Ácido-Base

• Según la teoría de Arrhenius: “Un ácido es una sustancia que libera uno o más iones hidrógeno (+) por cada molécula, y una base es una sustancia que libera uno o más iones hidroxilos (OH-) por cada molécula en agua”.
• La teoría de Brönsted-Lowry: Define un ácido como cualquier especie que tiene tendencia a ceder un ion hidrógeno a otra especie, y una base como una sustancia que tiende a aceptar un ion hidrógeno de otra sustancia en todos los elementos.
• Lewis: Define un ácido como una sustancia que puede aceptar un par de electrones para formar un nuevo enlace y una base como una sustancia capaz de entregar un par de electrones para formar un enlace nuevo.

Fuerza Relativa de Ácidos y Bases

En solución acuosa, algunos ácidos entregan protones más fácilmente y algunas bases los reciben con mayor facilidad que otras. Un ácido fuerte es aquel que en solución acuosa se disocia totalmente liberando iones hidrógeno (por tanto, es un electrolito fuerte). Ejemplo: HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₄, H₂SO₄, entre otros. Un ácido débil es aquel que en solución acuosa se disocia parcialmente liberando iones hidrógeno (por lo tanto, es un electrolito débil). Ejemplo: CH₃COOH, H₃PO₄, HCN, H₂S.

Una base fuerte es aquella que en solución acuosa disocia totalmente liberando iones hidroxilos (por lo tanto, es un electrolito fuerte). Ejemplo: NaOH, KOH. Una base débil es aquella que en solución acuosa disocia parcialmente liberando iones hidroxilos (por lo tanto, es un electrolito débil).

Fuerza Relativa de las Sales

Las sales son electrolitos fuertes que disocian totalmente en agua. La hidrólisis de una sal afecta el pH de una solución.

• Ácido fuerte + Base fuerte (no hidroliza, pH neutro).
• Ácido débil + Base fuerte (hidrólisis, pH > 7, básico).
• Ácido fuerte + Base débil (hidrólisis ácida, pH < 7, ácido).
• Ácido débil + Base débil (pH < 7 y pH > 7).

Autoionización del Agua

A 25°C:

• [H⁺] = [OH^–] = 1.0 x 10^-7
• [H⁺] x [OH^–] = 1.0 x 10^-14
• pH + pOH = 14

Reacciones de Neutralización

Las reacciones de neutralización corresponden a la reacción química entre un ácido y una base, dando como únicos productos sal y generalmente agua. Para apreciar la variación del pH y determinar el punto final de una titulación se usan indicadores, que son sustancias químicas que cambian de color dependiendo del pH en el que se encuentran.

Soluciones Buffer, Amortiguadoras o Tampón

Solución que es capaz de mantener el pH constante por adición de protones (H⁺) o iones hidroxilos (OH^–). Un buffer está constituido por un ácido débil y su sal derivada (base conjugada del ácido débil), “buffer ácido” o por una base débil y su sal derivada (ácido conjugado de la base débil), “buffer básico”.

• Primera propiedad: La dilución moderada de estas soluciones no afecta el pH, pero sí disminuye su capacidad amortiguadora.
• Segunda propiedad: La adición moderada de ácidos y bases a estas soluciones, no afectan el pH de las mismas en forma significativa.

El rango amortiguador, límite en el cual una solución buffer actúa eficientemente, dependerá de la constante de acidez (buffer ácido) o constante de basicidad (buffer básico).

Capacidad Amortiguadora

Adición de protones o iones hidroxilos que puede resistir una solución buffer sin cambiar en forma significativa el pH. Para un buffer ácido, la capacidad amortiguadora depende de la concentración del ácido débil y su sal derivada. A mayor concentración del ácido débil y su base conjugada (sal derivada), es decir, mayor concentración del buffer, mayor será la capacidad amortiguadora. Lo mismo se observa para un buffer básico.