Mediciones de masa en química

Las básculas, balanzas y analizadores de humedad digitales son herramientas invaluables en el campo de la química. La dosificación es esencial para la química: una sustancia química que es inofensiva o beneficiosa en ciertas cantidades puede volverse tóxica o volátil cuando se mezcla con reactivos. Pero la química es un campo con mucha variación, y puede ser difícil entender qué dispositivos de pesaje usar. En este blog, repasaremos los diferentes tipos de básculas, balanzas y analizadores de humedad, y dónde encajan dentro del dominio de la química.

Pesaje para Química

Los instrumentos de pesaje se utilizan principalmente para el análisis químico cuantitativo, que se utiliza para determinar la cantidad o el porcentaje de una sustancia dentro de la materia (esto suele denominarse análisis gravimétrico). Se provocan varios tipos de reacciones para que la muestra revele las sustancias y sus cantidades.

Por lo general, el análisis gravimétrico comienza con la creación de una solución. La muestra y los reactivos se pesan individualmente antes de combinarlos en una solución. La solución pasa por una reacción que separa la sustancia que se analiza. Esa sustancia, ahora separada, se pesa. A partir de ese peso, los químicos pueden calcular la cantidad de esa sustancia presente en la muestra y pueden calcular más para extrapolar el compuesto promedio y la cantidad de sustancia presente dentro de ese compuesto.

Esta es una explicación simplificada; algunas sustancias pasan por muchas reacciones diferentes para separarlas, purificarlas y filtrarlas aún más. Las reacciones pueden variar desde la creación de un nuevo compuesto hasta la precipitación, oxidación y más.

Si bien el análisis volumétrico, como su nombre lo indica, utiliza principalmente el volumen para cuantificar una sustancia, los compuestos y las muestras a menudo se pesan antes de sufrir diversas reacciones químicas. No siempre es posible o fácil pesar los compuestos resultantes de la titulación, la combustión u otras reacciones (algunos de ellos se convierten en gases, por ejemplo), por lo que su masa debe calcularse a partir del volumen si no se puede pesar en una balanza.

Aunque no se pese el compuesto resultante, sí se pesan los productos químicos necesarios para las reacciones. Además, los reactivos se utilizan a menudo en proporciones y porcentajes específicos. El uso de una balanza puede ayudar a reducir los desechos y garantizar que se produzcan las reacciones químicas adecuadas al pesar el líquido y luego calcular la cantidad específica que necesita para la reacción. Las balanzas con funciones de formulación son especialmente adecuadas para tareas de mezcla, ya que permiten a los usuarios realizar todos los cálculos necesarios con la balanza. El pesaje porcentual también es muy importante al escalar reactivos y mezclas, ya que simplifica las tareas de titulación complejas al permitir a los usuarios medir cada componente como un porcentaje del peso final.

Balanzas Semi-Micro y Analíticas

Para trabajos muy complejos que requieren altos niveles de exactitud y precisión, debe utilizar una balanza semimicro o analítica. Si bien cuentan con una capacidad bastante baja (la nuestra puede llegar hasta 510 g), ofrecen legibilidades tan precisas como 0,01 mg, lo cual es esencial cuando se miden pequeñas cantidades después de someter una sustancia a numerosas reacciones.

Si bien muchas muestras se miden primero en cantidades más altas, una vez que se procesan, filtran, mezclan con reactivos o aíslan de una solución, la materia resultante de dichas pruebas tiende a ser muy pequeña y debe medirse con extrema precisión. Esto puede ser muy útil cuando se reduce la cantidad de contaminantes en una sustancia para medir la cantidad exacta de un químico puro dentro de una mezcla.

Las balanzas analíticas se utilizan con frecuencia para medir reactivos y el producto resultante de reacciones químicas como la digestión en química analítica. Esto puede ayudar a reducir los desechos y los subproductos potencialmente tóxicos. El protector contra corrientes de aire de estas balanzas también puede ser útil cuando se pesan pequeñas cantidades y para ayudar a prevenir la contaminación o la oxidación.

Además de su exactitud y precisión, las balanzas analíticas y semimicro se caracterizan por su baja incertidumbre , lo cual es fundamental cuando se trabaja con materiales que pueden ser inestables o tóxicos. Los compuestos farmacéuticos a menudo deben pesarse con precisión y también con poca incertidumbre. Los cultivos, el suelo, el agua y los alimentos se analizan con frecuencia para detectar contaminantes. Debido a que con frecuencia usamos compuestos como fertilizantes sin pruebas a largo plazo, es importante que los químicos registren los cambios más pequeños para asegurarse de que estos compuestos no afecten lentamente su entorno. Los metales pesados ​​son tóxicos incluso en pequeñas cantidades, por lo que su acumulación debe medirse con precisión.

La forma en que se regula este tipo de datos es extremadamente específica y estricta y debe cumplir con varios estándares para garantizar la repetibilidad. Un equilibrio con poca incertidumbre puede ayudar a reforzar las afirmaciones y los resultados, y garantizar que los experimentos comparativos se ajusten a un alto estándar. Al comprar una balanza de laboratorio, debe asegurarse de que su clase y tolerancia coincidan con sus requisitos.

Estas balanzas a menudo incluyen una amplia variedad de características, que incluyen mediciones de densidad, formulación, conteo, acumulación, pesaje porcentual y más. Permiten a los usuarios simplificar tareas de pesaje complejas y pueden realizar cálculos en la balanza en lugar de tener que ir y venir con diferentes aplicaciones o dispositivos informáticos. Algunas balanzas analíticas y semimicro pueden incluso almacenar pruebas o procedimientos de formulación para recuperar rápidamente los procedimientos utilizados con frecuencia. Aprovechar estas funciones también puede simplificar los experimentos de escalado al eliminar la necesidad de cálculos adicionales.

El pesaje porcentual es particularmente apreciado en los laboratorios de química, donde las soluciones tienen varios niveles de concentración según el tipo de muestra. Los laboratorios de alimentos y farmacéuticos dependen especialmente de las proporciones y los porcentajes, ya que son una forma rápida de mostrar la concentración o el valor nutricional de algo. El pesaje porcentual también es útil para cultivos microbianos , ya que los medios suelen ser una combinación de medios líquidos o deshidratados mezclados con agar o gelatina en porcentajes específicos. Algunos organismos tienen necesidades nutricionales complejas que requieren un cuidadoso equilibrio de varios componentes, como la peptona y los extractos de levadura.

Pesar pequeñas cantidades es esencial en química analítica. Las balanzas semi-micro  se utilizan para tareas más especializadas, como el pesaje diferencial (pesar repetidamente un sólido después de colocarlo en otro recipiente para medir la cantidad transferida) a fin de obtener muestras de partículas para datos de composición, pesaje de filtros, calibración (incluida la calibración de pipetas), mediciones de secado que no se pueden realizar con un analizador de humedad y mediciones de revestimiento (por ejemplo, películas antiestáticas que miden menos de un milímetro en dispositivos electrónicos).

Densidad

La masa y el volumen se encuentran entre las medidas más importantes que se toman en un laboratorio de química, y ahí es donde entra en juego la densidad . Estas tres propiedades pueden decirles mucho a los científicos sobre los productos químicos que están estudiando. Muchas de nuestras balanzas de laboratorio ofrecen kits de densidad que se pueden colocar en el plato de pesaje de la balanza o debajo de la balanza mediante un gancho. La densidad es útil porque es una propiedad fundamental de la materia. Mientras que la temperatura afecta la densidad, la cantidad no. No importa si mides un gramo o un kilo del mismo acero, ambos tendrán la misma densidad siempre que todas las condiciones sean las mismas. Eso significa que la densidad es una propiedad intensiva de la materia.

Los científicos pueden usar la densidad no solo para descubrir qué son las diversas sustancias, sino también cómo reaccionarán a los diversos cambios ambientales. Por ejemplo, una gran masa de agua tiende a estar más caliente en la parte superior, y el agua se enfría a medida que se profundiza. Pero en temperaturas frías, si se forma una capa de hielo, el hielo flotará en la parte superior, y el agua debajo del hielo es más fría justo debajo de él, y se calienta progresivamente a medida que se profundiza. Si un científico tuviera que diseñar un submarino, tendría que tener en cuenta los cambios de temperatura, ya que pueden afectar la densidad del agua, lo que a su vez podría afectar la flotabilidad del submarino.

Los líquidos también se pueden mezclar y aún exhibir diferentes densidades (por ejemplo, agua y aceite). Si una empresa crea un jarabe para la tos a partir de varios ingredientes, debe asegurarse de que los diversos compuestos del jarabe permanezcan mezclados una vez embotellado. Por ejemplo, muchos aderezos para ensaladas deben agitarse antes de consumirse porque sus diversos elementos se separan lentamente con el tiempo.

Balanzas de Precisión

Las balanzas de precisión ofrecen una mayor capacidad que las balanzas analíticas y semimicro (hasta 15 kg más) a costa de cierta legibilidad (los modelos Adam varían de 0,001 g a 2 g). No ofrecen mediciones tan finas, pero también son menos susceptibles a los cambios ambientales y se pueden estabilizar más rápida y fácilmente. Las balanzas de precisión pueden incluir modelos de menor capacidad y mayor legibilidad con protectores contra corrientes de aire y modelos de carga superior de alta capacidad y baja legibilidad que no incluyen protectores contra corrientes de aire para muestras más grandes.

Se utilizan con mayor frecuencia para trabajos de preparación, como el procesamiento de muestras, la preparación de soluciones y la medición de reactivos. Muchos laboratorios han requerido tamaños de muestra para asegurarse de que las reacciones produzcan suficiente producto para medir con precisión, especialmente cuando se buscan compuestos que solo constituyen un pequeño porcentaje del producto químico completo. Los requisitos específicos del tamaño de la muestra también pueden facilitar la medición de los reactivos, ya que los químicos pueden usar cantidades proporcionales en lugar de medir cantidades muy específicas cada vez.

Su construcción robusta y rápida estabilización también los hace muy adecuados para la producción piloto para mezclar productos químicos en entornos de producción.

Algunas balanzas de precisión aún pueden ofrecer funciones de pesaje complejas. Por ejemplo, el control de peso puede ser útil cuando se toman muestras de materiales sólidos, mientras que la formulación se puede usar para agregados como adhesivos, que pueden ser más exigentes para trabajar.

No es raro que los químicos midan reactivos secos o muestras sólidas en una balanza de precisión y luego midan el resultado de una reacción en una balanza analítica. Las balanzas de precisión suelen ser el primer paso para pesar compuestos. Son ideales para aplicaciones como pruebas de materiales y control de calidad gracias a su alta capacidad, construcción robusta y precisión relativamente alta (en comparación con una báscula compacta o de banco).

Algunas balanzas de precisión son portátiles, lo que significa que pueden transportarse para realizar mediciones de campo. Estas balanzas deben ser robustas, fáciles de limpiar y ofrecer un tiempo de estabilización rápido. Sin embargo, tienden a ser menos precisos que sus contrapartes de laboratorio, por lo que se usan con mayor frecuencia para el muestreo preliminar de campo.

Las balanzas de precisión compactas también se utilizan a menudo en entornos educativos. Las clases de química a menudo hacen que los estudiantes usen balanzas con una legibilidad de alrededor de dos decimales para que los estudiantes se acostumbren a la preparación de reactivos y tareas de pesaje más complejas.

Análisis de humedad y química

El análisis de humedad se puede utilizar cuando es necesario cuantificar la cantidad de agua en un compuesto. El proceso también se puede usar para secar una muestra antes de mezclarla en una solución cuando el agua la diluiría demasiado para crear los resultados deseados. Los analizadores de humedad son más rápidos que los hornos, pueden calentar de manera más uniforme y, a menudo, ofrecen más control sobre el tiempo y la temperatura por menos dinero. Pueden hacer muchos de los cálculos, lo que puede reducir considerablemente el error del usuario. El único inconveniente de un analizador de humedad es su baja capacidad, pero las muestras rara vez se secan o calientan en lotes grandes, especialmente si son volátiles o tóxicas.

Nuestro analizador de humedad PMB permite a los usuarios utilizar tres modos de calentamiento diferentes, lo que es especialmente conveniente para los productos químicos que cambian a medida que se calientan. Garantiza que los usuarios puedan secar completamente una muestra de manera uniforme sin quemarla.

La humedad puede desempeñar un papel muy importante en la textura, la vida útil y el almacenamiento de un compuesto. Los productos que están demasiado húmedos son propensos a la colonización de bacterias u hongos, mientras que los productos que están demasiado secos pueden ser difíciles de usar o inflamables. El concreto con demasiada agua puede agrietarse fácilmente, mientras que el concreto que está demasiado seco no curará adecuadamente, lo que resultará en una unión más débil. Los analizadores de humedad son herramientas esenciales para los laboratorios de química que se especializan en pruebas de calidad o materiales.

Comunicación de datos

Todas nuestras balanzas para química incluyen interfaces RS-232 para comunicarse con computadoras e impresoras. Algunas de nuestras balanzas de laboratorio incluso incluyen interfaces USB para garantizar que sus datos se puedan transferir de la manera más eficiente posible. También cumplen con las pautas de GLP para garantizar un proceso de registro fluido y ayudar con los requisitos de trazabilidad. Aproveche la capacidad de la balanza para comunicarse con LIMS para reducir la necesidad de tomar notas manualmente y evitar errores, especialmente con números pequeños y tareas de pesaje repetidas. El saldo puede rastrear automáticamente la hora, la fecha, los resultados y más. El software puede incluso usarse para controlar una balanza de forma remota, lo que puede ser muy útil cuando se pesan productos químicos tóxicos o radiactivos, o si está usando la balanza para pesar muestras en una campana extractora.

Debido a que la química abarca tantos tipos diferentes de procedimientos, solo veremos algunos ejemplos de las pruebas más utilizadas.

Fuente:

Adam (2022).”Mass Measurements in Chemistry”