Mateo Gavilanes¹

Escuela de Ciencias Biológicas e Ingeniería, Laboratorio de Biología 1, Yachay Tech University, 100119 Urcuquí, Ecuador

2023

Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-CompartirIgual 4.0 Internacional.

Resumen

En esta práctica de laboratorio realizamos un análisis referente a la resolución, precisión y exactitud de los datos y el material volumétrico, describir y especificar el material de vidrio de uso frecuente en el laboratorio, identificar el material no volumétrico y volumétrico que puede ser calificado según la exactitud que presente (clase A y B), realizar seis experimentos, empezando por la medición de masa de un objeto diez veces y tratar estadísticamente los datos obtenidos. Los cálculos comprenden el cálculo del promedio, error absoluto, error relativo porcentual, desviación estándar, desviación estándar relativa porcentual y reportar los resultados con el número de cifras significativas apropiadas.

PALABRAS CLAVE: Mediciones, errores, laboratorio, precisión

Introducción

Toda la experiencia dada en el laboratorio de química en toda la práctica realizada ese día, usamos varios materiales necesarios para la experimentación, todos los miembros del grupo manipularon algún material, esto su respectivo cuidado y de  manera adecuada, todo este material nos presta el laboratorio, nosotros debemos de saber cómo usarlos y para qué sirve cada uno, así mismo saber el nombre de cada material.

Es importante que al no saber hacer el uso de algunos de los materiales, preguntar para que realicemos la experimentación correcta, también el poseer conocimientos previos a la práctica de laboratorio es fundamental para las diferentes experiencias o prácticas  ya que facilitará todo lo que se vaya haciendo en el laboratorio haciendo de esta una práctica muy apropiada y eficaz.

La práctica siempre nos dejará nuevos conocimientos, también adquirimos experiencia y la próxima vez  será mucho más fácil trabajar con los materiales del laboratorio una vez usado cada uno de los implementos limpiarlo o lavarlo luego de haber terminado su receptiva experimentación y dejar en su respectivo lugar.

Materiales y Métodos

1. Materiales de laboratorio

1.1 Materiales de vidrio: Para estos materiales volumétricos y no volumétricos de vidrio, se pueden colocar en una estufa de secado o esterilización.

1.2   Balanza electrónica: Se compone de un receptor el plato esté sostiene  el objeto a medir, da cantidades exactas como la masa de muestras o sustancias

1.3  Balanza técnica : Con este material de laboratorio se determina peso y masa sirve para los reactivos auxiliares o sustancias para la preparación de soluciones

2. Material volumétrico

2.1. Probetas: Tienen una forma cilíndrica alargada se dan para medir volúmenes de diferentes líquidos 

2.2. Pipeta aforada: Se utiliza para transferir un volumen determinado de un líquido de un envase a otro.

2.3. Pipeta graduada:  Este es un tubo recto con un estrechamiento en los extremos se usa para medir.

2.4. Pera de goma: Este es un auxiliar de pipeteado estándar para pipetas aforadas y graduadas, tiene 3 puntos clave para su uso:

• La presión en sobre A se comprime para generar vacío).
• Presión sobre S aspirar el líquido hasta tener el líquido que se requiere.
• Presión sobre E para liberar el líquido

2.5 Bureta: Es un recipiente que posee una forma tubular, alargada y graduada, tiene un tipo llave en su extremo inferior que sirve para controlar que el líquido deje de salir.

2.6. Matraz aforado: La capacidad está definida como el volumen de agua a 20°C o 25°C, posee un cuello delgado con una línea llamada marca de aforo, aquí se preparan soluciones.

3. Material no volumétrico

3.1. Beakers: Más conocido como vaso precipitado su uso para transmitir y calentar líquidos.

3.2   Erlenmeyer: Recipiente con una base plana en la zona ancha y cuello cilíndrico, su uso es para calentar líquidos.  

4. Envase y lectura de volumen en material volumétrico

Cuando un líquido está contenido en un recipiente debido a toda la gravedad que hay y aquí el rozamiento de todo el líquido en las paredes, aquí se forma el menisco que es un curvatura. Para la interpretación de su lectura se sitúa la base del menisco a la altura de los ojos. Indicado en la figura 1

Procedimiento

• Experiencias

Precisión y exactitud en la balanza. Medir en un beaker de  600 ml la masa de un objeto (10 veces) en una balanza, calcular el valor promedio, error absoluto, relativo, desviación estándar y relativa.

Familiaridad y limpieza del material de vidrio volumétrico. Llenar un beaker con agua y utilizando propipeta con la pipeta graduada, llenarla hasta el tope, el mismo procedimiento con una pipeta aforada.

Resultados y Discusión

Experiencia 1. Precisión y exactitud de la balanza analítica.

Réplica	Masa
1	102.26 g
2	102.26 g
3	102.25 g
4	102.27 g
5	102.24 g
6	102.27 g
7	102. 26 g
8	102. 27 g
9	102. 26 g
10	102. 26 g

En el análisis de datos se obtuvo lo siguiente:

Promedio	102.26
Error Absoluto	0.006
Error Relativo	0,0059%
Desviación Estándar	0,0094
Desv. Est. Relativa	0,045%

¿Qué se puede concluir sobre la exactitud de sus resultados? (Especifique claramente los estadísticos utilizados en la estimación de la exactitud).

Tras realizado el experimento, recolectados y tabulados los datos junto con el análisis del sesgo y exactitud con respecto a las muestras obtenidas de la balanza se tiene lo siguiente: con respecto a la exactitud se tiene que error absoluto y el error relativo son muy pequeños, de 0.006 g y 0.0059%, respectivamente, lo que indica que los resultados obtenidos son muy cercanos al valor real del objeto y hablando en términos de porcentaje, el error absoluto relativo que es de 0.0059% con respecto al peso real del Beaker que es 102.2614 g, por lo que sí es correcto  afirmar que los resultados obtenidos son altamente exactos, con errores pequeños y una alta precisión en las mediciones realizadas.

Esto llevó a la la conclusión de que la balanza analítica tuvo un alto grado de exactitud en la medición del vaso de precipitado de 250ml y se puede aportar como observación la importancia de la manipulación adecuada de los materiales y  dispositivos con supervisión dentro del laboratorio, debido a que acorde al grado de conocimiento y familiaridad con cualquiera de ellos si afecta en la parte experimental en una mejor realización de práctica y por ende un menor grado de error de obtención de resultados, los cuales en caso de presentar algún error de cualquier tipo sea mínimo y se acerquen  más a la realidad.

Grupo	Promedio (g)	Desv. Est. (s)	%DER
1	102.260	0.009	0.006%
2	102.261	0.006	0.0059%
3	102.264	0.0010	0.009%
4	102.263	0.008	0.008%
5	102.265	0.0010	0.010%

En base a los datos mostrados en la Tabla 2 ¿Qué se puede concluir sobre la precisión de la balanza utilizada en esta experiencia? ¿Es constante en el intervalo de masas evaluadas?  Justifique el (los) estadístico(s) seleccionados.

Como se puede observar, los datos de la tabla 2 distan mínimamente, siendo el grupo 2 el más preciso en sus mediciones. En el caso del grupo 2, los datos muestran una mayor precisión ya que no existió una gran variación en las 10 mediciones. Además, lo podemos afirmar con la desviación estándar del 0.0059% que indica que los valores experimentales no difieren de la media.

Por otro lado, los grupos 3 y 5 se puede decir que se alejan del valor real del peso del Beaker de 102.2614 con un promedio de 102.264 g y 102.265 g, respectivamente. De igual forma, la desviación estándar se encuentra entre el 0.09% y 0.010 % y como dato medio el cual se puede aproximar tanto a los más alejados como al más cercano está el grupo 4 a pesar de estas diferencias de resultado, no son porcentajes sustanciales que permitan decir que hay un alto grado de error.

Debido a ello es que  de forma general, se puede concluir que no existe una diferencia entre los grupos por lo que la balanza analítica fue precisa.

Experiencia 2. Familiaridad con el material de vidrio volumétrico

Describir los materiales de vidrio del laboratorio, los cuales se encuentran detallados en la Figura 2. Especifique en cada caso si el material puede ser clasificado como: material volumétrico o no-volumétrico.

En la Figura 2.a se puede observar al vaso de precipitados o Beaker, el cual es un material no volumétrico. Se utiliza para la contención y transporte de líquidos por la forma cilíndrica que presenta junto a la boca y pico que tiene en uno de sus extremos para el vaciado, se debe tener especial cuidado al usar este material ya que no está calibrado para realizar mediciones precisas.

En la Figura 2.b se observa al Matraz Erlenmeyer que es un material no volumétrico, el cual presenta una forma cónica con una base plana y cuello cilíndrico y gracias a esta forma que tiene es útil para calentar líquidos, en reacciones de oxidación y para la mezcla de soluciones y para la evaporación de líquidos.

En la Figura 2.c se encuentra el matraz aforado el cual es un material volumétrico usado para la contención de líquidos con un grado de exactitud alto. Este presenta una forma de pera y base aplanada.

En la Figura 2.d se ilustra a la probeta, la cual es una material volumétrico empleado para la medición aproximada de volúmenes. Se encuentra cerrado en la parte inferior de su cuerpo, en la cual posee una base que sirve de apoyo, en cambio en la parte superior presenta una abertura y suele tener un pico en la mayoría de casos. 

En la figura 2.e se observa a la pipeta graduada, que es un material volumétrico utilizado para la extracción de líquidos donde no se requiere de una alta precisión. Tiene forma de bastón estrechada en uno de sus extremos por el cual el líquido pasa.

En la figura 2.f se puede observar a la pipeta aforada o volumétrica la cual es como su nombre lo indica un material volumétrico usado principalmente en la transferencia de volúmenes de líquidos de manera eficaz a otro envase. Está caracterizada por tener una línea de enrase indicativa a la máxima capacidad de contención de líquido dentro de la misma.

En la figura 2.g se puede ver a la bureta la cual es un material volumétrico. Este es un recipiente de forma alargada, tubular y está graduada y disponen de una llave de paso en su extremo inferior, esto sirve para regular el líquido que dejan salir. Su uso principal se da en volúmenes (Titulaciones), debido a la necesidad de medir con precisión volúmenes de líquido variables. La bureta permite saber con gran exactitud, la cantidad de base que se ha necesitado para neutralizar un ácido, lo que permite calcular la concentración del mismo, normalmente esta está acompañada o es usada junto con la pera de goma.

Experiencia 3. Precisión y exactitud del material volumétrico

Explique en qué consiste la calibración de materiales volumétricos

La calibración de materiales volumétricos es el proceso de identificar y corregir sesgos o errores de medición en instrumentos de laboratorio para medir con precisión el volumen de líquidos como buretas, pipetas y matraces aforados. Estos instrumentos son esenciales en muchas aplicaciones científicas y analíticas donde la precisión y la autenticidad de la medición son esenciales. La calibración se realiza comparando la salida real del dispositivo con un estándar de referencia (es decir, un dispositivo o estándar de volumen conocido con alta precisión). Los estándares a menudo son proporcionados por organismos de calibración y acreditación reconocidos internacionalmente, como los institutos nacionales de metrología.

Los materiales volumétricos muestran dentro de sus especificaciones las siglas: TC (o In) o TD (o Ex). Explique el significado de cada una 

Las siglas TC (o In) y TD (o Ex) en las especificaciones de material volumétrico se refieren al tipo de tolerancia especificada para ese instrumento. Estas tolerancias expresan la variación permisible en el volumen medido y ayudan a determinar la precisión y exactitud del instrumento. El significado de estas siglas se explica a continuación:

1. TC (o In): TC significa «To Contain» en inglés y se traduce como «Para Contener» en español. Este nombre se utiliza principalmente para matraces aforados. Los matraces aforados de tamaño TC están diseñados para contener un volumen específico de líquido a una temperatura de referencia específica. En otras palabras, el volumen en el matraz debe ser exactamente como se indica en la etiqueta al medir hasta la marca del aforo. Sin embargo, cuando el líquido se transfiere a otro recipiente, puede quedar en el matraz una pequeña cantidad de residuo llamado «menisco adherido». Por lo tanto, esta pequeña cantidad adicional debe tenerse en cuenta al medir el volumen contenido.

2. TD (o Ex): TD significa “To Deliver” en inglés y “Para Entregar” en español. Este nombre se utiliza principalmente para buretas y pipetas. Una bureta o pipeta con un medidor TD está diseñada para entregar una cantidad específica de líquido a una temperatura de referencia específica. Cuando se usa correctamente, todo el volumen medido debe transferirse al recipiente de medición sin dejar ningún residuo en el instrumento. Por lo tanto, al utilizar buretas o pipetas TD, no es necesario considerar el menisco adherido, ya que se asume que el volumen entregado será el indicado en el instrumento.

Es importante tener en cuenta estas designaciones (TC o TD) al seleccionar y utilizar el material volumétrico apropiado para una aplicación en particular.

Los materiales volumétricos muestran dentro de sus especificaciones un valor de temperatura, típicamente 20 C, explique su significado. 

Los valores de temperatura que figuran en las hojas de datos de materiales volumétricos, generalmente establecidos en 20 °C, se refieren a la temperatura de referencia a la que se calibra el instrumento y se prevé su uso. Este valor de temperatura estándar se utiliza como punto de referencia común para garantizar mediciones comparables y consistentes realizadas en diferentes materiales volumétricos.

Experimento 3A. Calibración de un matraz aforado

¿Qué es la tolerancia de un material volumétrico?

Las tolerancias volumétricas del material se refieren a las variaciones permitidas en la capacidad o el volumen de un instrumento de medición. En otras palabras, es la diferencia permisible entre el valor nominal o marcado del material a granel y el valor real o exacto.

Compare el volumen calibrado y el nominal ¿está el volumen calibrado del matraz aforado dentro del rango de tolerancia reportado por el fabricante? Realice un diagrama y explique.

Calibración reportada en el laboratorio	Calibración reportada por el fabricante
+0.07 mL de tolerancia	0.06 mL de tolerancia
49.93 mL (nominal)	50  mL (nominal)
-0.07 mL de tolerancia	-0.06 de tolerancia

Si su respuesta en la pregunta anterior fue negativa, nombre al menos 4 causas por las que el volumen de calibración no se encuentra incluido en el intervalo de tolerancia indicado por el fabricante.

1.Error de medición: las mediciones utilizadas para determinar el volumen pueden estar sujetas a errores debido a instrumentos de medición inexactos, lecturas incorrectas o técnicas deficientes. Estos errores pueden hacer que el volumen calculado esté fuera de tolerancia.

2.Equipo de medición desgastado o dañado: si el dispositivo de medición utilizado para determinar el volumen está desgastado, mal calibrado o dañado, puede dar lecturas incorrectas.

3.Condiciones ambientales: las condiciones ambientales, como la temperatura, la presión barométrica o la humedad, pueden afectar la precisión de las mediciones de volumen.

4.Error humano: Esto puede deberse a cálculos incorrectos, lecturas incorrectas, falta de concentración o capacitación insuficiente en el manejo de dispositivos de medición.

¿Cuál valor de volumen puede considerarse como verdadero en las condiciones del laboratorio: el indicado por el instrumento o el obtenido en la calibración?  Explique.

La calibración se basa en comparar el instrumento con un estándar de referencia cuyo valor real se considera conocido y confiable. La calibración proporciona una mayor precisión de medición al determinar el error sistemático del instrumento y ajustar las mediciones en consecuencia.

Experimento 3B. Calibración de una probeta graduada de 10 mL por contenido (TC) y descarga (TD).

¿Qué se entiende por apreciación, precisión y resolución de un material volumétrico graduado? En el caso de una probeta graduada de 10 mL diga el valor de cada uno de ellos.

Apreciación: La apreciación es la capacidad de la probeta graduada para mostrar las mediciones con detalle. En este caso, si la apreciación es de 0.1 mL, significa que se puede leer valores en incrementos de 0.1 mL en la escala de la probeta graduada.

Precisión: La precisión tiene que ver con qué tan consistentes y cercanos son los resultados de las mediciones que se realiza con la probeta graduada. Si se obtiene resultados similares y cercanos entre sí al repetir la medición varias veces, entonces la probeta graduada es precisa.

Resolución: La resolución se refiere a la capacidad de la probeta graduada para mostrar pequeños cambios en los valores de volumen. Si la resolución es de 0.1 mL, significa que se puede ver y distinguir cambios de 0.1 mL en la escala de la probeta graduada.

Experimento 3B1. Calibración de una probeta graduada de 10 mL por contenido (TC)

Compare el volumen calibrado y el nominal, obtenidos mediante ambos métodos de calibración.  ¿Están el volumen calibrado TC y TD de la probeta graduada del rango de tolerancia reportado por el fabricante?  Realice un diagrama y explique. 

+ 0.10	mL	tolerancia
10	mL	nominal
9.91	mL	calibrado
– 0.10	mL	tolerancia
+ 0.10	mL	tolerancia
10	mL	nominal
9.87	mL	calibrado
– 0.10	mL	tolerancia

Para TC:

9.90 mL ≤ 9.91 mL ≤ 10.10 mL

Por lo tanto, el volumen calibrado TC de 9.91 mL se encuentra dentro del rango de tolerancia reportado por el fabricante.

Para TD:

9.90 mL ≥ 9.87 mL ≤ 10.10 mL

Por lo tanto, el volumen calibrado TD de 9.87 mL no se encuentra dentro del rango de tolerancia reportado por el fabricante.

Tabla 6. Resultados del experimento 3B2

Experimento 3C. Calibración de una pipeta volumétrica de mL.

Compare el volumen calibrado y el nominal ¿está el volumen calibrado de la pipeta aforada dentro del rango de tolerancia reportado por el fabricante? Explique.

Calibración reportada en el laboratorio	Calibración reportada por el fabricante
+ 0.02 mL tolerancia	+ 0.015 mL tolerancia
5,02 mL (nominal)	5 mL (nominal)
– 0.02 mL tolerancia	– 0.015 mL tolerancia

Preguntas Finales

Explique con sus palabras los términos: Precisión y exactitud

Precisión: Se define como la proximidad existente entre valores medidos en condiciones repetidas de una misma medida, todo ello, debe hacerse bajo condiciones específicas, denominadas condiciones de repetibilidad o de reproducibilidad.

Exactitud: Se refiere a qué tan cerca está un valor medido experimentalmente de lo que se considera verdadero. Una medida común de precisión es el error absoluto, también conocido como error sistemático debido a que es una medida del error sistemático que surge en la medición.

• ¿Qué estadísticos permiten estimar la exactitud de un conjunto de datos con medias aritméticas similares?

Error absoluto

• ¿Qué estadísticos permiten estimar la exactitud de un conjunto de datos con medias aritméticas diferentes?

Error relativo

• ¿Qué estadísticos permiten estimar la precisión de un conjunto de datos con medias aritméticas similares?

Desviación estándar

• ¿Qué estadísticos permiten estimar la precisión de un conjunto de datos con medias aritméticas diferentes?

Desviación estándar relativa

Compare los instrumentos volumétricos evaluados pipeta aforada, matraz aforado y probeta graduada según:

Considerando las especificaciones reportadas por el fabricante diga ¿cuál es el más exacto y cuál el más preciso? Justifique su respuesta.

Según las especificaciones reportadas por el fabricante, el instrumento volumétrico más exacto y más preciso es la pipeta aforada, ya que la calibración reportada por el fabricante es de 0,015, y pertenece a la clase “A”.

Considerando los resultados obtenidos en esta práctica ¿cuál es el más exacto y cuál el más preciso? Justifique su respuesta. 

El resultado más exacto es el de la tabla 7, con un error absoluto de 0,02. Según los resultados, la tabla 5 es la más precisa, ya que tiene una desviación estándar de ±0,01.

Conclusiones

1. Se adquirió destreza en el uso correcto de la balanza electrónica y reconocer el material volumétrico, ya que durante el experimento se pudo utilizar correctamente la balanza electrónica y se demostró habilidad en el manejo de los instrumentos volumétricos como el cilindro graduado, pipeta aforada y matraz aforado.
2. Se logró calcular el valor promedio, el error absoluto, el error relativo, la desviación estándar y el coeficiente de variación de los datos experimentales. Estos cálculos permitieron evaluar la precisión y exactitud de las mediciones realizadas, así como obtener una medida de dispersión de los datos.
3. Percibir y abordar las comprobaciones y errores en el laboratorio es crucial para dar resultados confiados en los experimentos. La precisión y confiabilidad de los datos van de la mano con la correcta selección y calibración de los instrumentos, así como de la aplicación de técnicas adecuadas.
4. Los cálculos realizados permitieron evaluar tanto la exactitud como la precisión de los instrumentos utilizados.
5. Mediante la comparación de los instrumentos volumétricos utilizados, el cilindro graduado, la pipeta aforada y el matraz aforado, se pudo determinar y comparar su precisión y exactitud. Esto permitió identificar qué instrumento proporciona mediciones más precisas y exactas.
6. Además, se destacó la importancia de la comunicación y colaboración en el laboratorio, ya que todos los miembros del grupo trabajaron juntos para manipular y cuidar adecuadamente los materiales utilizados en la experimentación.

Visitas: 0