Medición en Química

Medida:  Es una aproximación, mejor o peor del verdadero valor de la cantidad medida. Esta debe no solo contener el valor numérico estimado, sino también la incertidumbre asociada y la unidad respectiva cuando se cuenta con ella. La medida es el resultado de la medición.

Medición: Es una operación que compara el valor de una magnitud dada con la respectiva unidad estándar. Esta puede ser directa o indirecta. Las medidas pueden ser por ejemplo de amplitud, masa o tiempo, estas son directas porque comparamos directamente el valor de la magnitud con la unidad estándar.

Incertidumbre Relativa: Se llama incertidumbre relativa al valor del cociente entre la incertidumbre absoluta y el valor más probable de la medida. La incertidumbre relativa se expresa a veces en términos de porcentaje y se define entonces el llamado porcentaje de error, o incertidumbre porcentual.

Incertidumbre Absoluta: Existen dos tipos, la incertidumbre absoluta de lectura y la de observación. Denominamos incertidumbre de lectura al error máximo razonable que podemos cometer al efectuar una lectura. Normalmente se adoptan ciertas reglas para cada tipo de aparato sea analógico o digital. Se toma como incertidumbre absoluta de observación el módulo de los desvíos calculados, o sea el desvío absoluto máximo.

En suma, se denomina incertidumbre absoluta, al valor máximo de los módulos de los desvíos de las medidas en relación al promedio.

Errores Experimentales: Es imposible efectuar una medida que provea el valor verdadero, por más sofisticado que fuese el aparato o la técnica. Los errores experimentales dependen normalmente del aparato utilizado, del operador o de las condiciones experimentales. Estos pueden ser errores experimentales sistemáticos o accidentales.

Errores Sistemáticos: Perturbaciones que influyen todas las mediciones de la misma cantidad en el mismo sentido, por exceso o por defecto. Pueden ser corregidas si la causa fuese descubierta y eliminada. Algunos ejemplos pueden ser la incorrecta calibración o regulación del aparato de medida, posición inadecuada o manipulación equivocada del operador durante la medición, simplificando en el modelo matemático, en mediciones indirectas entre otras.

Errores Accidentales: Se derivan de factores variables y ocasionales que no pueden ser controlados. No tienen cualquier regularidad, o sea, varían en magnitud y sentido de forma aleatoria. No pueden ser eliminados, solo podrán ser amenizados si aumentamos el número de mediciones. Algunos de ellos:

Exactitud:  Indica la proximidad entre los valores de medida y el valor verdadero, es una medida muy exacta si estuviese próxima del valor verdadero, pero, raramente se puede hablar de exactitud de una medida, apenas podemos hacerlo cuando existe un valor estandarizado por tablas.

La exactitud de las medidas está relacionada con los errores sistemáticos, estos hacen desplazar los valores de las medidas en el mismo sentido.

Precisión: Se designa la concordancia entre los diversos valores medidos para la misma magnitud en las mismas condiciones, o sea, la repetitividad de la medida. Si tuviéramos varias medidas, existe una gran precisión cuando solo existe una pequeña dispersión de valores y la más precisa es aquella cuyo desvío es menor (la que está más próxima del valor medio).

La precisión de las medidas está relacionada con los errores accidentales (cuanto mayor fuese la dispersión de las medidas, más errores accidentales fueron cometidos).

Alcance: Nos brinda el valor máximo que un aparato de medida permite medir.

Sensibilidad: Es el valor de la menor división de la escala.

Fuente: http://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/medicion-en-quimica

Elementos de fisicoquímica

La fisicoquimica es una ciencia cuyo objetivo es el estudio de los procesos químicos desde un punto de vista físico. Para abordar el estudio de estos procesos, la fisicoquímica lo hace a través de enfoques microscópicos y macroscópicos, estableciendo modelos y postulados que van a permitir predecir y explicar los fenómenos estudiados.

La fisicoquímica como diciplina científica trata de explicar las propiedades químico-físicas de los materiales desde un punto de vista puramente físico. Las áreas de la química de las que más trata la fisicoquímica son la termodinámica química, cinética química y química cuántica.

Energía

Se define como la capacidad de realizar trabajo o transferir calor. Se conocen diversas formas de energía, que incluyen la energía mecánica, eléctrica, calorífica y luminosa. Los vegetales utilizan energía luminosa del sol para su crecimiento. La energía eléctrica permite iluminar un cuarto con sólo cerrar un interruptor. La energía calorífica permite cocinar los aliminentos y calentar los hogares.

La energía se puede clasificar en dos tipos principales: cinética y potencial.

Potencial

Cinetica

Un cuerpo en movimiento, como una roca que se despeña, posee energía debido a su movimiento; ésta se denomina energía cinética, y representa la capacidad de realizar trabajo en forma directa y se transfiere de un objeto a otro. La energía potencial es la energía que posee un cuerpo debido a su posición o su composición. El carbón, por ejemplo, posee energía química, una forma de energía potencial, debido a su composición. Algunas plantas generadoras de electricidad utilizan carbón, como combustible para producir calor y en forma subsecuente, energía eléctrica. Una roca que se encuentra en la cima de una montaña posee energía potencial debido a su altura. Cuando se despeña convierte su energía potencial en energía cinética. 

Todos los procesos químicos están acompañados de cambios de energía hacia el medio circundante al producirse, generalmente en forma de energía calorífica, éstas reacciones se denominan exotérmicas; sin embargo otras reacciones son endortérmicas, es decir, absorben energía del ambiente circundante.

Fundamentos de Química

La química es una ciencia eminentemente experimental. La mayoría de los químicos trabaja en un laboratorio en una forma u otra. En un sentido amplio se puede visualizar a la Química en tres niveles. El primer nivel es la "observación". En este nivel, el químico observa lo que en realidad ocurre en un experimento: un aumenot de temperatura, un cambio de colr, una formación de gas, etc. El segundo nivel es la "representación". El químico registra y describe el experimento en un lenguaje científico mediando el uso de símbolos y ecuaciones. Este lenguaje ayuda a simplificar la descripción y establecer bases comunes en las cuales los químicos pueden comunicarse entre sí. El tercer nivel es la "interpretación", el cual significa que el químico intenta explicar el fenómeno observado.

Tomemos en cuenta un ejemplo: toda persona ha presenciado la corrosión del hierro alguna vez. Este proceso ocurre en el mundo macroscópico, donde se enfrenten cosas que pueden ser vistas, tocadas, pesadas, etc. Si se estudiara la corrosión del hierro como un proyecto químico, el siguiente paso sería describir este proceso con una "ecuación química" que explicara la forma en que se produce la herrumbre a partir de hierro, oxígeno gaseoso y agua en un conjunto de condiciones dadas.

Por último se harian preguntas como: "¿Qué ocurre realmente cuando el hierro se corroe?" y "¿Por qué en condiciones semejantes el hierro se corroe y el oro no?".

Para contestar esas preguntas y otras relacionadas, es necesario conocer el comportamiento de las unidades fundamentasl de las sustancias, que son los átomos y moléculas. Debido a que éstos son extremadamente pequeños comparados con los objetos macroscópicos, la interpretación de un fenómeno observado nos lleva al mundo microscópico.

En el estudio de la química, es necesario considerar ambos mundos, el microscópico y el macroscópico. los datos para las investigaciones químicas por lo general provienen de fenómenos de gran escala y observaciones. pero las hipótesis, teorías y explicaciones demostrables, que hacen de la Química una ciencia experimental, a menudo se expresan en términos del invisible y parcialmente imaginario mundo microscópico de los átomos y las moléculas. Se ha dicho a menudo, que el químico ve una cosa (en el mundo macroscópico) y piensa otra (en el mundo microscópico). En el ejemplo dado, el quimico verá una chapa oxidada, y pensará en las propiedades fundamentales de las unidades individuales del hierro y en la misma forma en que estas unidades interactúan para producir el cambio observado.

Masa y Peso

La masa es una medida de la cantidad de materia de un objeto. Los términos "masa" y "peso" se usan a menudo como sinónimos, aunque, en rigor, se refieren a cantidades diferentes. En el lenguaje científico, el peso es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto. Una manzana que cae de un árbol es atraída hacia abajo por la fuerza de la gravedad de la Tierra. la masa de una manzana es constante y no depende de su situación, pero su peso si. por ejemplo, en la superficie de la Luna la manzana solo pesaría la sexta parte de lo que pesa en la Tierra, dado que la gravedad lunar es sólo un sexto de la terrestre. Ésta es la razón por la cual los astronautas son capaces de saltar en la superficie de la Luna a pesar de lo voluminoso de su equipo y sus trajes espaciales. La masa de un objeto se puede determinar con facilidad empleando una balanza, proceso, que en el extremo desatino, se denomina pesar.

Parámetros utilizados en las distintas mediciones

Para el uso de los instrumentos de medición,  a los fines de la interpretación de la medición se define:

•  Capacidad

El mayor valor que puede leer un instrumento.

• Rango de medida

La diferencia entre los valores máximo y mínimo que puede leer un instrumento.

• Número de divisiones

Es la cantidad de divisiones existentes en el rango de la medida.

• Apreciación

Constante/n, siendo "n" comunmente 2. La apreciación está relacionada con la menor variación del parámetro de medición que se puede apreciar. Por ejemplo si las rayitas que determinan las divisiones del instrumento están separadas 1mm, la constante dividida por 2 será la apreciación, en cambio si están separadas por 5mm, se podrán apreciar hasta las variaciones del orden del mm, con lo cual la apreciación será la constante/5 (es decir n=5)

• Error Absoluto de una medición

Supongamos que se mida una magnitud con un instrumento poco exacto, obteniendose un valor aproximado de la misma y se conoce además el valor considerado exacto de esa magnitud, obtenido por un operador muy experimentadom con un instrumento muy confiable y en las mejores condiciones operativas. Se llama error absoluto de la medición a la diferencia entre el valor aproximado y el valor exacto:

Error Absoluto = Valor aproximado - Valor exacto
E.A = Va - Ve

Esto significa que el error absoluto de la medición es la desviación de la misma respecto del valor considerado como exacto.

• Error Relativo

Es el cociente entre el error absoluto  el valor exacto

Error Relativo = Error absoluto / Valor exacto
E.R = (Va - Ve) / Ve

Da el error que se comete por cada unidad que se mide y es más representativo de la calidad de la medición que el error absoluto.

• Error %

 Es el error relativo multiplicado por 100. Da el error que se comete por cada 100 unidades que se miden.

• Precisión

Está relacionada con la capacidad del instrumento de arrojar la misma lectura en mediciones repetidad, menteniendo constante la variable que se mide.

• Exactitud

Es el grado de aproximación de una medida al valor considerado como exacto. De acuerdo a esto cuanto menor sea el error relativo de una medición mayor será la exactitud de la misma.

• Calibración

Calibrar un instrumento es determinar el error que arrojan sus lecturas (calibrar también se usa en el sentido de graduar un instrumento, es decir, determinar en él las marcas y divisiones para poder utilizarlo como adelanto de medición). La calibración puede hacerce con unos instrumentos más exactos que mida el mismo parámetro, o con instrumentos que lean otros parámetros y en función de ellos puede calcularse el del instrumento a calibrar, con mayor exactitud. Por ejemplo, un instrumento que mida volumen (como una probeta) se puede calibrar pesando el agua que contiene (a temperatura y densidad controladas), y dividiendo por la densidad se calcula el volumen.

Mediciones

Las mediciones que haces los químicos se utilizan a menudo en cálculos para obtener otras cantidades relacionadas. Existen diferentes instrumentos que permiten medir las propiedades de una sustancia: con cinta métrica se miden longitudes, mientras que con la bureta, la pipeta, la probeta graduada y el matraz volumétrico se miden volúmenes; con la balanza se mide la masa, y con el termómetro la temperatura. Estos instrumentos permiten hacer mediciones de propiedades macroscópicas, es decir, que pueden ser determinados directamente. Las propiedades microscópicas, a escala atómica o molecular, se deben determinar por un método indirecto.

Una cantidad medida suele escribirse como un número con una unidad apropiada. Así decir que la distancia en automóvil entre Nueva York y San Francisco por cierta carretera es de 5166 no tiene significado. Se debe especificar que la distancia es de 5166 kilómetros. Lo mismo es válido en química; las unidades son indispensables para expresar en forma correcta las mediciones.

Unidades del SI

Durante muchos años los científicos expresaron las mediciones en unidades métricas, relacionadas entre sí decimalmente; es decir, en potencias de 10. Sin embargo, en 1960, la Conferencia General de Pesas y Medidas, que es la autoridad internacional del sitema de unidades, propuso un sistema métrico revisado y actualizado, al que denominó Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI, del francés Systéme Intenationale d'Unites).

Las mediciones que se utilizan con frecuencia en el estudio de la química son tiempo, masa, volumen y temperatura.