Por: Ana Sofía Padilla Alva
Introducción
La calibración de instrumentos volumétricos es una tarea que requiere la mayor precisión y exactitud que se pueda generar para asegurar una óptima evaluación el error e incertidumbre de cada instrumento.
Uno de los elementos más importantes a la hora de realizar una calibración es el posicionamiento del menisco. Pero ¿qué es un menisco?
En este artículo nos adentraremos en la importancia de una correcta lectura del menisco, sin embargo, comenzaremos desde la definición de este, pasando por los tipos y cerrando con el posicionamiento adecuado para tomar las mejores lecturas.
Volumen
Antes de iniciar con los meniscos, es importante dar un contexto breve acerca de la magnitud de volumen.
La definición de volumen, así como lo aprendimos en la escuela es la medida del espacio que ocupa un cuerpo. Desde el Sistema Internacional, la unidad establecida para el volumen sería el metro cúbico, no obstante, el litro se considera una unidad aceptable y en general es la que utilizamos cotidianamente.
Magnitudes intensivas y extensivas
Existen algunos otros elementos que inciden directamente en los resultados que medimos y las podemos agrupar en dos tipos de magnitudes, las extensivas y las intensivas.
Una magnitud extensiva es una magnitud que depende de la cantidad de sustancia que tiene el cuerpo o sistema. Las magnitudes extensivas son aditivas. Si consideramos un sistema físico formado por dos partes o subsistemas, el valor total de una magnitud extensiva resulta ser la suma de sus valores en cada una de las dos partes.
Una magnitud intensiva es aquella cuyo valor no depende de la cantidad de materia del sistema. Las magnitudes intensivas tienen el mismo valor para un sistema que para cada una de sus partes consideradas como subsistemas.
En general, el cociente entre dos magnitudes extensivas da como resultado una magnitud intensiva. Ejemplo: masa dividida por volumen representa densidad.
Por ejemplo, en un cuerpo si es subdividido, la suma de todas las masas de las partes será igual a la masa total del cuerpo. Por otra parte, si hablamos de la temperatura la cual es una propiedad intensiva, al dividir un cuerpo, a cada porción le corresponde el mismo valor de temperatura, es decir la suma de cada porción no corresponde al total del cuerpo.
En volumen algunas de estas magnitudes afectarán en la medición que realicemos, a continuación, explicaremos algunas de ellas.
Ejemplos de magnitudes extensivas:
Masa: es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. En volumen ocupamos la masa para poder analizar el volumen que ocupan los líquidos. Usualmente se cuentan con balanzas en las cuales obtenemos la masa de los cuerpos y así podemos realizar otros cálculos, como por ejemplo la densidad. La unidad fundamental de la masa es el kilogramo.
Ejemplos de magnitudes intensivas:
Densidad: es la relación que existe entre la masa y su volumen.
En sí, la masa y el volumen son propiedades generales de los cuerpos, esto quiere decir que son comunes y dependerán de la cantidad o extensión que tenga el cuerpo. Por el contrario, la densidad es una propiedad característica, pues nos permite identificar distintas sustancias. Por ejemplo, el agua, podemos tener 5mL, 10mL o 100mL, pero su densidad aproximadamente a 20°C siempre será de 0,998 g/cm3
Temperatura: es una propiedad de la materia la cual está relacionada con la energía cinética que posee un cuerpo. La unidad del SI designada para la medición de la temperatura es el Kelvin, aunque también se utilizan los grados Celsius. En volumen la temperatura modificará los resultados pues, dependiendo de la temperatura que se registre los materiales de los instrumentos cambian por la dilatación o contracción, al igual que los líquidos, pues la densidad de estos cambiará de acuerdo con la temperatura.
Otros factores que inciden en la medición el volumen:
- Materiales de los instrumentos: como ya pudimos observar la temperatura ocasiona que los materiales se contraigan o se dilaten, entonces debemos conocer de qué materiales está construido nuestro instrumento para saber de qué manera va a comportarse en las condiciones en donde estamos evaluándolo. Existen diferentes tipos de materiales en los instrumentos volumétricos, los más comunes son: vidrio de borosilicato, vidrio de sosa y cal, vidrio de aluminosilicato, vidrios ópticos y otros tipos de vidrios más específicos para su uso final. También podemos encontrar instrumentos de plástico polipropileno, de metal (poseen una alta conductividad eléctrica y térmica, por lo cual son ideales para trabajar a altas temperaturas en ciertos tipos de análisis químicos. Poseen una estructura interna común y una alta densidad) y porcelana (esmaltada y no esmaltada).
El menisco
Además de las variables que analizamos en la sección pasada, tenemos un elemento que en muchas ocasiones es ignorado o simplemente se desconoce la manera correcta de posicionamiento para la lectura y es el menisco.
El menisco es un término utilizado para describir la curvatura de la superficie de un líquido que se forma en respuesta a la superficie del recipiente. Esta curvatura podrá ser cóncava o convexa según el tipo de líquido que se encuentre en el recipiente.
El menisco es el resultado de múltiples fenómenos físicos:
- Fuerzas de cohesión: estas fuerzas son aquellas que explican las interacciones de las moléculas del líquido. En sí son las fuerzas que atraen y mantienen unidas entre sí a las moléculas dentro de la misma sustancia.
- Fuerzas de adhesión: sería una propiedad por la cual se unen y plasman dos superficies de sustancias o materiales cuando entran en contacto.
Tensión superficial: es una fuerza de atracción que se ejerce sobre las moléculas del líquido que se encuentran en la superficie y tiende a cohesionarlo, es decir, tiende a retirar la superficie del líquido de la pared del vidrio. La tensión superficial disminuye a medida que la temperatura se incrementa.
Capilaridad: propiedad de los líquidos que les permite desplazarse por orificios tubulares o superficies porosas aun en contra de la fuerza de gravedad. Para ello, debe haber un equilibrio y coordinación de dos fuerzas relacionadas con las moléculas del líquido: cohesión y adhesión; teniendo estas dos un reflejo físico llamado tensión superficial.
A partir de estos fenómenos físicos y de cómo se comporten tenemos dos tipos de meniscos como ya lo habíamos dicho:
- Cóncavo: cuando las moléculas del líquido tienen una mayor atracción por la pared del recipiente que entre sí (fuerza de adhesión). El líquido parece pegarse a la pared del recipiente. Un claro ejemplo de un menisco cóncavo es el del agua.
- Convexo: las moléculas del líquido se atraen con más fuerza entre sí que por la pared del recipiente (fuerza de cohesión). Un claro ejemplo del menisco convexo lo daría el mercurio.
Posicionamiento del menisco
Para realizar un correcto ajuste del menisco se debe tomar en cuenta la forma que tiene, es decir si es cóncavo o convexo.
En el caso de un menisco cóncavo la lectura deberá realizarse a la altura del punto más bajo de la superficie del líquido. Es decir, el punto más bajo del menisco deberá estar tocando la marca graduada del instrumento.
En el caso de ser un menisco convexo, la lectura debe ser tomada a la altura del punto más alto de la superficie del líquido. El punto más alto del menisco deberá estar tocando la marca graduada del instrumento.
Para leer el menisco sin agregar un error de paralaje, debemos colocar el instrumento a una altura conveniente donde quede en posición vertical y los ojos del observador deben encontrarse perpendicularmente a la altura del menisco. Así se visualizará el aforo como una línea.
Conclusiones
Cuando trabajamos con material volumétrico, siempre es importante el buen manejo de este, para evitar accidentes y además para alargar la vida de uso de nuestros instrumentos.
Sin embargo, una correcta lectura del menisco nos ayudará a reducir los errores de medida y con esto tendremos mejores resultados y más confiables.
Hay que recordar que también es importante mantener calibrados nuestros instrumentos, para asegurar la corrección oportuna de los valores que obtenemos de los instrumentos y que los productos y servicios que ofrecemos garanticen la más alta calidad.
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