Química Esencial: Medición, Clasificación de la Materia y Técnicas de Laboratorio

Medición de Volúmenes en Química

Para medir el volumen de un líquido se pueden utilizar diferentes utensilios, según la cantidad de líquido y la precisión requerida de la medida:

• Pipeta graduada: Se usa para volúmenes inferiores a 10 mL.
• Matraz aforado: Se usa para volúmenes entre 100 y 1000 mL.
• Probeta graduada: Se usa para volúmenes entre 10 y 100 mL.

El líquido forma un menisco, una superficie con forma curva. La lectura del volumen se realiza en la parte central del menisco, asegurándose de que la superficie esté a la altura de los ojos para evitar errores de paralaje.

Fórmula de la Densidad

La densidad (d) es una propiedad física que relaciona la masa (m) de una sustancia con el volumen (v) que ocupa. Su fórmula es:

d = m / v

Medición de la Temperatura

Existen diferentes tipos de termómetros para medir la temperatura:

Termómetros de Contacto

El aparato de medida está en contacto directo con el cuerpo del que se desea conocer la temperatura. Los más comunes son:

• De dilatación: Consiste en un tubo de vidrio con alcohol tintado (o mercurio) en su interior. El líquido se dilata con el aumento de la temperatura (ej. termómetro clínico para la axila).
• De resistencia: Miden los cambios de resistencia eléctrica que experimenta un semiconductor cuando varía la temperatura (ej. termómetros digitales o sondas de resistencia).

Termómetros Sin Contacto

El termómetro no se encuentra en contacto con la superficie de la que se desea determinar la temperatura (ej. termómetro de infrarrojos).

Sustancias Puras y Mezclas

La materia se clasifica en sustancias puras y mezclas:

Sustancias Puras

Están formadas por un único tipo de materia. Tienen propiedades características y definidas; su composición no varía. Hay dos tipos:

• Sustancias elementales: Compuestas por un solo elemento químico (ej. oro (Au), oxígeno (O₂)).
• Compuestos químicos: Están formados por la unión de dos o más elementos químicos en proporciones fijas (ej. agua (H₂O), dióxido de carbono (CO₂)).

Mezclas

Resultan de la unión de dos o más sustancias puras que conservan sus propiedades individuales y pueden separarse por métodos físicos. Tienen propiedades específicas y su composición puede variar. Hay dos grupos:

• Mezclas heterogéneas: Se pueden distinguir sus componentes a simple vista o con ayuda de un microscopio (ej. agua y arena, granito).
• Mezclas homogéneas: No es posible distinguir sus componentes, ya que forman una fase única. Se denominan disoluciones (ej. azúcar disuelto en café, aire).

Las aleaciones son un tipo de mezclas homogéneas en las que intervienen uno o varios metales (ej. acero, formado por hierro y carbono).

Separación de Mezclas Heterogéneas

Para separar los componentes de mezclas heterogéneas, se utilizan métodos físicos como:

• Cribado o Tamizado: Sirve para separar mezclas de sólidos que tienen diferentes tamaños de partícula. Se utilizan tamices o mallas metálicas.
• Filtración: Sirve para separar un sólido insoluble suspendido en un líquido.
• Separación Magnética: Algunas sustancias, como el hierro y el níquel, son atraídas por un imán; se llaman sustancias ferromagnéticas y pueden separarse de otras no magnéticas.
• Decantación: Sirve para separar un sólido que no se disuelve en un líquido (ej. agua y arena) o dos líquidos inmiscibles entre sí (ej. aceite y agua).

Separación de Mezclas Homogéneas

Para separar los componentes de mezclas homogéneas (disoluciones), se emplean métodos más complejos:

• Centrifugación: Consiste en la separación de sustancias de diferente densidad por acción de una fuerza centrífuga. La centrífuga tiene un rotor en el que se colocan los tubos, y al girar a gran velocidad, el componente más denso precipita, y el menos denso queda por encima.
• Cristalización: Se utiliza para separar un sólido disuelto en un líquido. Consiste en dejar evaporar el líquido de manera que el sólido se va formando en cristales. Es un proceso lento y se utilizan recipientes llamados cristalizadores.
• Destilación: Sirve para separar líquidos que forman parte de mezclas homogéneas con sólidos o con otros líquidos que tienen diferentes puntos de ebullición.
• Cromatografía: Se utiliza para separar los componentes de mezclas homogéneas. La mezcla se disuelve en un disolvente que recibe el nombre de fase móvil (que puede ser un líquido o un gas). Esta fase móvil se hace pasar a través de un medio sólido llamado fase estacionaria. Cada componente de la mezcla se desplaza por la fase estacionaria con una velocidad determinada, que depende de diversos factores. Los más solubles se desplazan más deprisa y los menos solubles más despacio.

El Proceso de Centrifugación

Es muy importante llenar todos los tubos con la misma cantidad y colocarlos enfrentados entre sí en el rotor, para que este esté equilibrado y evitar vibraciones. La centrifugación se usa comúnmente en los laboratorios, por ejemplo, en los análisis de sangre para determinar la proporción de glóbulos rojos.

Separación de Mezclas por Filtración

Hay dos tipos principales de embudos para separar una mezcla por filtración:

• Embudo de vidrio: Utilizado para filtraciones por gravedad.
• Embudo de Buchner: Utilizado para filtraciones al vacío, lo que permite una separación más eficaz y rápida.

Las Disoluciones y su Concentración

Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más componentes en proporciones variables. En las disoluciones se pueden distinguir dos componentes principales:

• El soluto: Es la sustancia que se disuelve y que generalmente está en menor proporción.
• El disolvente: Es la sustancia en la que se disuelve el soluto y que está en mayor proporción.

Ejemplos de disoluciones:

• Líquido-líquido: agua y alcohol.
• Líquido-sólido: leche y Colacao.
• Sólido-sólido: aleaciones (ej. bronce).

La proporción entre el soluto y el disolvente queda definida por la concentración, que es la relación entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolución.

Unidades de Concentración Comunes

• Gramos por Litro (g/L)

  c = masa de soluto (g) / volumen de disolución (L)

• Porcentaje en Volumen (%)

  c = (volumen de soluto (mL) / volumen de disolución (mL)) * 100

• Porcentaje en Masa (%)

  c = (masa de soluto (g) / masa de disolución (g)) * 100

Clasificación Cualitativa de la Concentración

Las disoluciones se pueden clasificar cualitativamente según la cantidad de soluto disuelto:

• Disoluciones Insaturadas: Cuando el soluto no alcanza la cantidad máxima que se puede disolver a una temperatura dada (ej. muy poca sal en agua).
• Disoluciones Saturadas: Cuando el soluto se ha disuelto hasta su máximo posible a una temperatura dada.
• Disoluciones Sobresaturadas: Cuando la cantidad de soluto excede el máximo que puede disolverse a una temperatura dada. Por lo tanto, parte del soluto precipita.

El Microscopio

El microscopio es un instrumento esencial en ciencia para observar objetos demasiado pequeños para ser vistos a simple vista. Hay dos tipos principales de microscopios:

• Microscopio Óptico: Usa una fuente de luz visible. Puede aumentar la imagen hasta 1000 aumentos.
• Microscopio Electrónico: Utiliza un haz de electrones. Puede aumentar la imagen hasta 2 millones de aumentos, ofreciendo mayor resolución.

Partes del Microscopio

Las principales partes de un microscopio óptico son:

• Ocular: Lente por donde se observa la muestra.
• Revólver: Pieza giratoria donde se disponen los diferentes objetivos.
• Objetivos: Lentes de aumento que magnifican la imagen de la muestra.
• Platina: Lugar donde se apoya y sujeta la muestra.
• Diafragma: Se abre o se cierra para controlar la cantidad de luz que pasa a través de la muestra.
• Condensador: Concentra el haz de luz sobre la muestra.
• Fuente de Luz: Proporciona la iluminación necesaria.
• Tornillo Micrométrico: Permite el enfoque fino y preciso de la imagen.
• Tornillo Macrométrico: Permite el enfoque grueso o aproximado de la imagen.
• Brazo: Sirve para sujetar y transportar el microscopio de forma segura.