Cada resultat experimental comença amb l'elecció d'un instrument. Un taulell de laboratori conté material de vidre que sembla intercanviable però no ho és: un vas de precipitats i un matràs aforat poden contenir 100 ml, però l'un duu graduacions per comoditat mentre que l'altre està calibrat per a un sol volum amb una precisió d'una dècima de mil·lilitre. Saber quin és quin, i manipular-los correctament, marca la diferència entre un mesurament i una conjectura. En un laboratori en actiu, això també marca la diferència entre una sessió de rutina i una bureta trencada, un reactiu vessat o una cremada química, motiu pel qual la pràctica professional situa la familiaritat amb els equips abans de qualsevol procediment.
El principi subjacent a la distinció és simple i quantitatiu: cada instrument té una tolerància, i la tolerància de l'instrument menys precís utilitzat en un procediment determina la precisió del resultat final. Els instruments també es classifiquen naturalment per la seva utilitat en lloc de per la seva aparença: alguns mesuren una quantitat, alguns només contenen un líquid, alguns el transfereixen, alguns subjecten fermament altres equips i alguns detecten electrònicament una propietat física. Aprendre'ls per funció és molt més útil que memoritzar una llista de noms, perquè és la funció la qual decideix quin instrument requereix un determinat experiment.
Aquest laboratori no té cap reacció per executar ni cap dada a recollir. Treballareu al llarg del banc de laboratori de manera sistemàtica, localitzant i agafant cada element un per un: el degotador de rentat, el cilindre graduat, el vas de precipitats, l'Erlenmeyer, el matràs aforat, el tub d'assaig, el comptagotes, la spatula, les tisores, el termòmetre, el mesurador de pH, la vareta de vidre, la pinça universal, el regle, el transportador d'angles, el contenidor d'àcid, el cronòmetre, la pipeta, la bosseta de pesada, la bureta i l'embut, i culminareu col·locant un agitador magnètic al vas de precipitats i la tapa al calorímetre. L'objectiu és el reconeixement i la manipulació correcta, de manera que cada laboratori següent pugui centrar-se en la ciència en lloc de l'equipament.
Objectius educatius
- Reconeixement de l'inventari de bancs estàndard — nomeneu a primera vista cadascun dels vint-i-dos instruments emprats en aquesta sessió, i indiqueu-ne la capacitat o l'extensió si en té una.
- Classificació per funció — classificeu cada element en un dels cinc grups: instruments que mesuren, recipients que només contenen, dispositius que transfereixen, suports que subjecten altre equip i sensors electrònics.
- Comprendre la precisió i la tolerància — expliqueu per què un vas de precipitats de 100 mL i un matràs aforat de 100 mL no són intercanviables, ordeneu els instruments volumètrics segons la tolerància relativa i identifiqueu quin instrument marca la precisió d'un procediment determinat.
- Manipulació correcta d'equips fràgils i de precisió — agafeu el material de vidre pel cos en lloc del coll o de la punta, mantingueu una bureta vertical a la seva pinça, eviteu tocar el bulb d'un termòmetre o la membrana de vidre d'un elèctrode de pH, i col·loqueu els instruments on no puguin rodar.
- Manipulació segura d'un reactiu corrosiu — porteu una bata de laboratori, ulleres de seguretat i guants de nitril en tot moment, porteu un recipient d'àcid amb totes dues mans i a prop de la pastera, i sapigueu on és l'equipament d'emergència abans de tocar-lo.
- Organització de l'espai de treball — disposeu l'equipament en l'ordre en què s'utilitzarà, manteniu el banc net de qualsevol cosa que el procediment no requereixi i torneu cada element al seu lloc.
Protocol
- Localitza l'ampolla d'aigua, llavors agafa-la.
- Localitza el tub d'assaig graduat de 25 ml i agafa'l.
- Localitza el vas de precipitats de 100 ml, després agafa'l.
- Localitza el matràs Erlenmeyer de 100 ml, després agafa'l amb la mà.
- Localitza el matràs de 100 ml, després agafa'l amb la mà.
- Localitzi el tub d'assaig, després prengui'l a la mà.
- Localitza el comptagotes, després agafa'l amb la mà.
- Localitza l'espàtula de 5 ml, tot seguit agafa-la amb la mà.
- Localitza les pinces, després agafa-les amb la mà.
- Localitza el termòmetre, després agafa'l.
- Localitza el pH-metre, després agafa'l.
- Localitza la vareta de vidre, després agafa-la.
- Localitza la pinça universal, després pren-la amb la mà.
- Localitza la regla de 50 cm, després agafa-la.
- Localitza el transportador, i agafa'l.
- Localitza el recipient de 1N d'àcid clorhídric, després agafa'l
- Localitza el cronòmetre i engega'l.
- Localitza la pipeta, aleshores agafa-la.
- Localitza el vaixell de pesatge, després agafa'l amb la mà.
- Localitza la bureta, llavors agafa-la.
- Localitza l'embut, després agafa'l.
- Localitza la vareta magnètica, agafa-la amb la mà i introdueix-la al vas de precipitats de 100 ml
- Poseu la tapa al calorímetre.
Resultats previstos
Aquest laboratori no produeix cap mesura. El que ha de produir és un estudiant capaç d'anomenar cada element de la taula, dir per a què serveix i dir fins a quin punt se''n pot confiar. Les dues taules següents presenten aquest resultat d'una manera que un professor pot avaluar.
| Instrument (ordre de protocol) | Grup | Funció, i el punt de manipulació que importa |
|---|---|---|
| Proveta de rentat | Transferència | Emet un raig orientable d'aigua destil·lada per esbandir material de vidre i rentar residus cap a l'interior d'un recipient. Premeu el cos, mai l'aspersor. |
| Proveta graduada (25 mL) | Mesura | Llegeix un interval de volums fins a aproximadament 1 %. Llegeix la base del menisc a l'alçada dels ulls, sobre un banc pla. |
| Vas de precipitats (100 mL) | Contenir | Conté, barreja i escalfa líquids. Les seves graduacions són nominals i no s'han d'utilitzar com a mesura. |
| Matràs Erlenmeyer (100 mL) | Contenir | El cos cònic permet remenar sense vessar, raó per la qual les valoracions es fan en un. No és un recipient de mesura. |
| Matràs aforat (100 mL) | Mesura | Calibrat per contenir un volum d'aproximadament 0,1 %. Ompliu fins a la marca, col·loqueu el tap i barregeu per inversió; no l'escalfeu mai. |
| Tub d'assaig | Contenir | Conté uns quants mil·liltres per a una prova qualitativa o una comparació de color. Sense calibrar. |
| Gotejador | Transferència | Fa aproximadament 0,05 mL per gota, unes vint gotes per mil·lilitre. Mantingueu-lo vertical i no deixeu mai que la punta toqui el líquid al qual s'està afegint. |
| Espàtula | Transferència | Passa un sòlid del seu recipient a una bosseta de pesada. Mantén-lo sec i utilitza una espàtula per reactiu. |
| Pinces | Transferència | Aixeca objectes calents o contaminats sense contacte. Agafeu prop de la base de l'objecte i aixequeu-lo verticalment. |
| Termòmetre (digital) | Sentit | Llegeix la temperatura, normalment amb una resolució de 0,1 °C i una precisió propera a 0,5 °C. Submergiu la sonda completament al líquid, no contra la paret del recipient. |
| Mesurador de pH | Sentit | Llegeix el pH amb una precisió d'unes 0,01 unitats després d'un calibratge de dos punts. Esbandiu l'elèctrode entre mostres i no deixeu mai que la membrana de vidre s'assequi. |
| Barra de vidre | Transferència | Vareta d'agitació. |
| Femella universal | Suport | Subjecta una bureta, un termòmetre o un matràs en un suport. Premeu fins que quedi ferm i prou; un excés de pressió trenca el vidre. |
| Regle (50 cm) | Mesura | Llegeix amb una aproximació d'uns 0,5 mm amb divisions mil·limètriques. Llegiu perpendicularment a l'escala per evitar el paral·lax. |
| Transportador d'angles | Mesura | Llegeix un angle d'aproximadament 0,5°. Acol·loca la línia de base amb un dels braços i la marca central amb el vèrtex. |
| Recipient d'àcid (HCl 1 N) | Contenir | Conté el reactiu corrosiu. Porteu-lo amb les dues mans, mantingueu-lo per sota de l'alçada de les espatlles i obriu-lo només damunt del banc de treball. |
| Cronòmetre | Mesura | Resol fa 0,01 s, però la reacció humana limita un interval cronometrat a mà a uns 0,2 s. Inicieu-lo i atureu-lo en un esdeveniment definit. |
| Pipeta | Mesura | Una pipeta volumètrica subministra un volum fins a aproximadament 0,2 µL. Ompliu-la amb una bombeta o un pipetejador, mai amb la boca, i toqueu la punta contra la paret del recipient. |
| Nau de pesada | Contenir | Col·loca un sòlid al plat de la balança. Tasta-la abans d'afegir-hi res, i fes-ne servir un de nou per a cada reactiu. |
| Bureta (50 mL) | Mesura | Fa un volum variable, llegible fins a 0,05 mL. Manteniu-lo en posició vertical, llegiu el menisc a l'alçada dels ulls i obriu l'aixeta amb la mà per darrere. |
| Emmbutxacador | Transferència | Guia un sòlid o un líquid cap a un coll estret sense pèrdues. Sostingueu-lo al coll en lloc de mantenir-lo a l'aire. |
| Barra magnètica d'agitació | Transferència | Es col·loca al recipient i és accionat per l'agitador magnètic situat a sota, la qual cosa permet una barreja automàtica. Recupereu-lo amb un imant, no abocant el líquid. |
| Calorímetre i tapa | Contenir | Un recipient aïllat que limita l'intercanvi de calor amb l'habitació de manera que un canvi de temperatura es pugui atribuir al procés del seu interior. La tapa forma part de l'aïllament, no és una coberta per ordre. |
Quin instrument mesura un volum i com de bé
| Instrument | Volum nominal | Tolerància típica | Tolerància relativa | Calibratge |
|---|---|---|---|---|
| matràs aforat | 100 ml | ±0,10 mL | 0.1 % | contenir (TC) |
| pipeta aforada | 10 ml | ±0,02 mL | 0.2 % | a lliurar |
| Bureta | 50 mL | ±0,05 mL per lectura | 0,2 % de títol complet | a lliurar |
| proveta graduada | 25 mL | ±0,25 mL | 1 % | lliurar, aproximat |
| Vas de precipits | 100 ml | sobre ±5 mL | 5 % | cap — no és un recipient de mesura |
| matràs Erlenmeyer | 100 ml | sobre ±5 mL | 5 % | cap — no és un recipient de mesura |
| Gotejador | aproximadament 0,05 mL per gota | no calibrat | — | cap |
D'aquesta taula es desprenen dues distincions. La primera és contenir contra lliurarun matràs aforat està certificat pel volum que conté quan s'omple fins a la seva marca, motiu pel qual s'hi prepara una solució, mentre que una pipeta i una bureta estan certificades pel volum que desprenen, tenint ja en compte la pel·lícula que queda adherida al vidre. Utilitzar l'un com l'altre introdueix un error d'aproximadament la mateixa mida que la tolerància declarada. El segon és que les graduacions no impliquen calibratge. Les marques d'un vas de precipitats existeixen perquè un tècnic pugui veure aproximadament quant de líquid conté; tractar-les com un messurament malbarata un factor de cinquanta en precisió i és l'error individual més comú en un laboratori d'introducció.
Els instruments electrònics tenen els seus propis límits, i no són els mateixos que la seva resolució de pantalla. Un termòmetre digital que mostra 0,1 °C acostuma a ser precís fins a aproximadament 0,5 °C, de manera que l'últim dígit és útil per seguir un canvi però no per informar d'una temperatura absoluta. Un pH-metre llegeix fins a 0,01 de pH, però només és tan bo com la seva calibració de dos punts més recent, i deriva unes quantes centèsimes en un dia. Un cronòmetre resol 0,01 s, tot i que un interval cronometrat a mà comporta uns 0,2 s de temps de reacció humà, que és vint vegades la seva resolució; aquest és el motiu pel qual els experiments de cronometratge utilitzen barreres o intervals llargs en lloc d'un cronòmetre més ràpid. En cada cas, l'informe honest està limitat per la precisió, i no pel nombre de dígits de la pantalla.
Resum de tasques per rang de qualificació
De 9è a 10è grau
- Enfocament reconeixement, vocabulari i manipulació segura.
- Activitats: localizeu i recolliu tots els instruments del protocol, dient el nom de cadascun en veu alta; indiqueu la capacitat de cada peça de vidre; ordeneu tot el banc de treball en els cinc grups funcionals; identifiqueu els tres elements que són fràgils i digueu com s'ha de subjectar cadascun; assenyaleu l'equip d'emergència de la sala abans de començar.
11è curs
- Enfocament justificar l'elecció d'un instrument i comparar la precisió.
- Activitats: explica per què s'utilitza un matràs volummètric en lloc d'un bequer per preparar una solució d'una concentració determinada, i per què una titàcia es fa en un matràs Erlenmeyer en lloc d'un bequer; classifica els instruments volumètrics de menys a més precisió i indica la tolerància relativa de cadascun; selecciona l'equipament necessari per a dos experiments descrits i defensa cada elecció; explica la diferència entre un instrument calibrat per contenir i un de calibrat per lliurar.
12è curs / Nivell universitari
- Enfocament toleràncies dels instruments i estàndards de laboratoris professionals.
- Activitats: per a un procediment de passos múltiples donat, identificar quin instrument estableix la precisió del resultat final; distingir la resolució de la precisió per al termòmetre, el pH-metre i el cronòmetre, i explicar per què els dígits addicionals no milloren cap de les dues; descriure què significa la certificació de Classe A i quan és necessària; especificar el calibratge que necessita cada instrument electrònic i amb quina freqüència; proposar una llista d'equips, amb toleràncies, per a un experiment de disseny propi i justificar cada entrada.
Equipament de laboratori
Instruments
- Proveta de rentat
- Proveta graduada (25 mL)
- Vas de precipitats (100 mL)
- Matràs Erlenmeyer (100 mL)
- Matràs aforat (100 mL)
- Proveta (50 mL)
- Comptagotes (1 mL)
- Espàtula (5 mL)
- Pinces
- Termòmetre digital
- Mesurador de pH
- Barra de vidre
- Femella universal
- Regle (50 cm)
- Transportador d'angles
- Cronòmetre
- Pipeta
- Nau de pesada
- Bureta (50 mL)
- Emmbutxacador
- Barra magnètica d'agitació
- Calorímetre amb tapa
- Butxaqueta de laboratori, ulleres de seguretat i guants de nitril
Productes
- Àcid clorhídric HCl 1 N (equivalent a 1,0 mol/L), en el seu recipient
- Aigua destil·lada (a l'ampolla de rentat)