UNIVERSIDAD ANDRS BELLO

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BIOLGICAS

LABORATORIO DE BIOLOGA CELULAR BIO-035

GUA N 1 INSTRUMENTACIN Y PREPARACIN DE SOLUCIONES

INTRODUCCIN AL TRABAJO DE LABORATORIO El laboratorio no es un lugar peligroso, siempre y cuando se acte en l de manera responsable y cuidadosa. Para esto, es importante tener en cuenta ciertas medidas de orden que se aplican en todos los laboratorios y por sobre todo un buen uso del sentido comn. De esta forma, es necesario recordar algunos principios bsicos generales:

1. El mesn de trabajo debe estar siempre libre de efectos personales tales como abrigos, carteras y libros, entre otros, que entorpezcan el trabajo y que, adems, puedan daarse por el contacto con reactivos qumicos, agua o calor; 2. Los reactivos qumicos a utilizar deben ser manipulados con precaucin, de acuerdo a sus

caractersticas. Est estrictamente prohibido pipetear directamente con la boca soluciones altamente alcalinas, cidos concentrados o material biolgico de riesgo. Si la va de desecho de estas soluciones es el desage del laboratorio (previa indicacin del profesor responsable del trabajo prctico), hacer correr abundante agua de manera simultnea para reducir el dao que estas soluciones fuertes pudieran ocasionar a las tuberas. Tener en cuenta que hay soluciones

tales como el H2SO4 que reaccionan violentamente con el agua, por lo tanto se debe proceder con sumo cuidado; 3. Si usted est manipulando sustancias inflamables, asegrese antes de destapar el frasco que no

existan llamas abiertas ni material incandescente en las proximidades de su lugar de trabajo; 4. Si usted calienta una sustancia en un tubo de ensayo, no apunte la boca del tubo en

direccin de alguna persona. Una ebullicin violenta de la solucin podra quemar a

dicha persona; 5. Cuando trabaje con sustancias txicas voltiles debe hacerlo bajo una campana de

extraccin. Recuerde que un gas o vapor nocivo no siempre es perceptible por el olor; 6. Los materiales de desecho no solubles (papel filtro usado, fsforos, corchos

deteriorados, etc.) deben tirarse al basurero o recipiente destinado para esta funcin, jams dentro del desage del laboratorio; y

7. Al trmino de cada sesin experimental, el mesn de trabajo y sus alrededores deben quedar limpios y secos. Todos los reactivos e implementos utilizados deben ser guardados en sus sitios respectivos. Asegrese siempre que las llaves de gas y agua estn correctamente cerradas.

Objetivo del trabajo Prctico: El objetivo de este trabajo es el reconocimiento del material de laboratorio y el clculo y preparacin de soluciones lquidas utilizando el material de vidrio y equipos.

MATERIAL DE LABORATORIO I. Material volumtrico

Durante el trabajo de laboratorio, en muchas oportunidades es necesario medir con exactitud volmenes de lquidos para la correcta ejecucin del paso experimental. Para ello, existen diversos tipos de materiales volumtricos. Por lo tanto, es necesario conocer los diferentes tipos de materiales y tener claro cul utilizar en cada ocasin.

Cabe sealar que la precisin de la medida con estos materiales puede verse alterada. Considerando que la mayora de los materiales volumtricos que se usan en el laboratorio estn hechos en vidrio, y teniendo en cuenta que este material puede dilatarse o contraerse segn la temperatura a la que est expuesto, se ha establecido un estndar convencional de 20 C para material de laboratorio destinado a medir volmenes.

La graduacin de los utensilios considera dos tipos de posibilidades: un aforo para contener y un aforo para entregar volmenes determinados. El nivel de los liquidos se estima por el aforo, que se define como la tangente horizontal al menisco inferior del liquido (fig 1). Para realizar la medida, el nivel del liquido debe encontrarse frente al ojo del observador en posicion vertical. Mientras mas estrecho sea el diametro donde se realiza el aforo este sera mas exacto.

FIGURA 1: Diagrama representativo de la estimacin de un aforo. A continuacin se describen los elementos ms usados en la medicin de volmenes en el laboratorio:

1. Probetas: Son cilindros verticales graduados, provistos de una

base hexagonal. Sus capacidades normalmente son de 25, 50,

100, 250, 1000 y 2000ml. El aforo est previsto para entregar

volmenes. Debido a que su dimetro interior es amplio, las

probetas sirven slo para mediciones aproximadas de volmenes.

La graduacin de una probeta est en relacin a su capacidad, as

la ms grande tiene una graduacin de 5 a 10ml por cada divisin,

en cambio las ms pequeas pueden tener hasta 1/10 de ml.

2. Matraces aforados: Son botellas redondas de fondo plano con

cuello largo y estrecho y estn confeccionadas en vidrio, no apto

para resistir cambios de tempreratura. Los matraces aforados

estn previstos para contener volmenes con bastante exactitud,

por lo que son usados para preparar soluciones en que es

importante conocer la concentracin exacta de ellas. Estas

soluciones pueden ser preparadas por dilucin de una cantidad

conocida o medida de lquido agregando agua (u otro solvente)

hasta completar el volumen. Tambin los matraces aforados se

emplean para preparar soluciones de una concentracin muy

exacta por disolucin de una cantidad precisa de sustancia

previamente pesada, completando finalmente el volumen hasta el

aforo con agua u otro solvente segn sea el caso. Hay matraces

aforados con capacidad para contener a 20C y con bastante

exactitud desde 25 a 2000 mL de lquido o solucin.

3. Pipetas: Se emplean para medir y entregar con precisin

volmenes menores de lquidos y soluciones. Dado que las

pipetas son tubos de seccin estrecha se logra una buena

exactitud en la entrega de volmenes por este tipo de material.

La abertura del tubo en el extremo superior (bucal) de la pipeta es

de borde muy parejo, ya que habitualmente se hace succin con

la boca y se obstruye hermticamente la salida del lquido con

ayuda de la yema del dedo ndice. El lquido succionado se

mantiene dentro de la pipeta, en tanto no se permite la entrada de

aire. Quitando parcialmente o totalmente el dedo de la abertura

superior, se consigue el vaciado paulatino o rpido del contenido

de la pipeta. La succin de lquidos corrosivos, txicos o de riesgo

biolgico debe siempre realizarse con la ayuda de peras de goma

o jeringas adaptables a la boca de la pipeta (llamadas propipetas)

para evitar la posibilidad que estos materiales lleguen a la boca

del usuario.

Probeta de 100 ml

Matraz Aforado

Pipeta Graduada

El extremo aguzado permite la entrega del lquido gota a gota. Sin

embargo, el orificio estrecho del extremo inferior est pensado de

manera que no entre aire con facilidad mientras se transporta el

lquido de un recipiente a otro. Existen pipetas de diferentes

capacidades: 0,1; 0,2; 0,5; 1, 2, 5, 10 y 25ml. Generalmente, estn

diferenciadas por un color en la graduacin. Ellas son capaces de

entregar volmenes totales o parciales.

Las pipetas aforadas se reconocen por presenter su parte central

mas dilatada. Estas pipetas estan diseadas para entregar un

volumen bien determinado, el cual esta indicado en el cuerpo de

ella. Ese volumen puede estar delimitado por uno o dos aforos. Si

son dos las marcas, el volumen indicado escurre cuando el menisco

del lquido se mueve desde la marca superior a la marca inferior. Si

es una sola marca (en el tubo superior), el volumen queda

comprendido aquella marca y el extremo inferior de la pipeta (pipeta

aforada). Al trmino del vaciamiento deben esperarse 15 segundos

para que escurra todo el lquido que queda mojando las paredes de

la pipeta.

4. Bureta: Puede ser definida como un apipeta graduada dotada de un

mecanismo regulable para vaciarla. En el extreme inferior lleva

intercalada una llave de vidrio o plastic inerte (Teflon). Las

graduaciones mas communes de una bureta son 25 y 50 mL

existiendo tambien microburetas de 1,5 y 10 mL.

5. Matraces Erlenmeyer: Son usados comunmente para efectuar

titulaciones, reacciones y para calendar soluciones, ya que su forma

conica evita en gran parte la evaporacion. Tambien posee

graduaciones, pero las medidas que se realizan con ellas son solo

aproximadas. Existen matraces Erlenmeyer de 10, 25, 50, 100, 250,

500, 1000 y 2000 mL.

Pipeta Aforada

Bureta

Matraz Erlenmeyer

6. Vaso de Precipitados: Se usa comnmente para preparar soluciones

o efectuar reacciones. Estos vasos poseen graduaciones de 5, 10,

50,125, 250 hasta 2000 ml; sin embargo, hay que tener en cuenta que

esta graduacion es solo aproximada y permite estimar volmenes, por

lo tanto, no son aptos para preparar soluciones en las cuales se desee

un cierto grado de exactitud.

II Equipamiento bsico de laboratorio:

En la actualidad, el equipamiento de los laboratorios se ha ampliado de manera considerable con la invencin de nuevas tecnologas. No obstante, a continuacin se describirn instrumentos de uso general y bsico de un laboratorio comn:

Balanza de laboratorio: la unidad internacionalmente reconocida como patrn de peso es el kilogramo (kg). Sin embargo, comnmente en el laboratorio la unidad de peso ms usada es el gramo (g), as como el miligramo (mg) y el microgramo (ug) que son submltiplos del gramo. La balanza es un instrumento que sirve para medir la masa de los cuerpos por el peso, es decir, para determinar las veces que ellos contienen la unidad de masa llamada gramo.

a) Balanza de Precisin: Se carateriza por un Sistema oscilante de una barra o cruz apoyada sobre una columna. Actualmente, a este tipo de balanza se la ha adicionado un Sistema electronico que registra la pesada. La capacidad de carga de las balanzas de precision es generalmente hasta 500 g y mas comunmente hasta 200 g, con una exactitude de pesada al centesimo de gramo.

b) Balanza Analtica: Es un instrumento de alta precisin empleada en la pesada de reactivos livianos (del orden de los miligramos). A pesar de que las balanzas analiticas pueden presenter un variado tipo de diseos y aspectos exteriors, todas ellas se construyen basadas en los mismos principios. La base es de gran solidez y confiere estabilidad al instrumento evitando al mximo la posibilidad de vibraciones. La columna es un tubo por el cual se conduce el mando de arresto o bloqueo del sistema oscilante. La cruz esta hecha de una aleacin especial de aluminio u otro metal estable que no permita deformaciones por el peso variable que debe soportar.

Vaso de Precipitados

Balanza de

Precisin Balanza

Analtica

APLICACIN DE CALOR

Un recurso habitualmente usado en el laboratorio es la aplicacin de calor sobre muestras en orden a acelerar reacciones qumicas, esterilizar, secar, calcinar, etc. Con este fin se emplean materiales resistentes al calor tales como tubos de ensayo, matraces Erlenmeyer, crisoles, vasos de precipitados, balones, matraces de fondo redondo. A menudo, la principal fuente de calor utilizada en el laboratorio es el mechero Bunsen. No obstante, tambin se pueden utilizar baos termorregulados para cuando la temperatura de calentamiento que se desea aplicar no sobrepase los 90C. Estos en general funcionan con agua pero existen otros que emplean sustancias aleosas para alcanzar temperaturas superiores al punto de ebullicin del agua. El uso de resistencias elctricas en la generacin de calor es otro de los procedimientos comnmente usados en el laboratorio. Estos estn presentes en instrumentos tales como hornos, autoclaves, mantas, baos secos, etc. La principal ventaja que presentan los baos termorregulados y aquellos instrumentos que utilizan como fuente de calor resistencias elctricas es que son cmodos de trabajar, poseen exactitud en la regulacin trmica y son seguros en su manejo.

Mechero Bunsen Bao Termorregulado

APLICACIN DE FRO

En ciertas ocasiones durante el trabajo de laboratorio es necesario la aplicacin de fro sobre ciertas muestras. Ello ayuda, por ejemplo, en la caracterizacin de sustancias puras por su punto de fusin, en la regulacin de reacciones qumicas y procesos enzimticos, solubilizacin o liquefaccin de gases, condensacin o retencin de vapores, cristalizacin y precipitacin, estabilizacin de material biolgico y liofilizacin, entre otros.

Probablemente, en algunas sesiones de este curso prctico usted trabajar con material biolgico (tejidos, estructuras celulares, etc.), los cuales debern ser mantenidos en hielo. Esto tiene como objetivo la preservacin funcional de dichos materiales biolgicos. Hay que tener en cuenta que a temperaturas ms elevadas (temperatura ambiente o mayor) una gran variedad de funciones biolgicas se deterioran irreversiblemente.

PREPARACIN DE SOLUCIONES: CLCULO DE CONCENTRACIONES

Soluciones acuosas

En una solucin acuosa se pueden distinguir dos componentes: el soluto y el solvente. Se define como solvente al componente que se encuentra en mayor proporcin y al soluto el que se encuentra en menor proporcin. Para identificar una solucin no basta con indicar sus componentes, sino tambin es fundamental conocer la proporcin de stos en la solucin:

SOLUTO + SOLVENTE = SOLUCIN

Expresiones de concentracin

Concentraciones basadas en el volumen, concentraciones basadas en la cantidad de soluto disuelto por unidad de volumen, son las ms ampliamente utilizadas en el trabajo de laboratorio. Las expresiones ms usadas son:

a) Molaridad (M): Se define como el nmero de moles de soluto por litro de solucin. Para

calcular M (molaridad) se necesita conocer el peso del soluto y su peso molecular (PM):

n moles Molaridad (M) =

Volumen en Litro de solucin.

Una solucin 1M contiene 1 mol de soluto por litro de solucin; contiene el nmero de Avogadro de molculas de soluto por litro de solucin.

*Nmero de Avogadro se define como el nmero de molculas por gramo-mol, nmero de tomos por gramo-tomo, nmero de iones por gramo-in 6,023 x 1023.

Masa del soluto (gramos) n moles =

Peso molecular (PM)

Una vez preparada una solucin, esta se puede mantener como solucin stock y a partir de ella se pueden prepara diluciones necesarias, debido a que el nmero de moles no se altera al diluir una muestra, por lo tanto se establece que:

Ci x Vi = Cf x Vf

Donde la concentracin inicial (Ci) debe tener la misma unidad y orden de magnitud que

la concentracin final (Cf) y el volumen inicial (Vi) debe tener la misma unidad y orden

de magnitude que el volumen final (Vf).

Soluciones ms diluidas en general se expresan en trminos de milimolaridad (mM), micromolaridad (M), u otras, donde: 1 mmol = 10-3 moles 1 mol = 10-6 moles 1 nmol = 0,001 mol = 10-9 moles 1 pmol = 0,001 nmol = 10-12 moles De esta manera:

1 mM = 10-3 M =1 mmol/litro =1 mol/ml 1M =10-6 M =1mol/litro =1nmol/ml 1nM =10-9 M =1nmol/litro =1pmol/ml

b) Normalidad (N): Se define como el nmero de equivalente de soluto por litro de solucin.

Para calcular N se necesita conocer la masa del soluto disuelto (g) y su peso equivalente

(PE).

Nmero Equivalentes de Soluto Normalidad (N) =

Volumen Solucin (Litros)

Donde :

Nmero Equivalentes de Soluto= Masa soluto (g) PE

Peso Equivalente (PE)= Peso Molecular (PM)

n*

Donde n* es llamado n factor y puede ser:

Nmero de H+ o OH- reemplazables por la molcula para cidos o bases

respectivamente Nmero de electrones perdidos o ganados por molcula para agentes oxidantes y

reductores.

Si Ud. reemplaza la ecuacin de PE en la ecuacin de n equivalentes, y seguidamente reemplaza lo obtenido anteriormente en la ecuacin de Normalidad puede deducir que:

N = M x n*

c) Porcentaje peso- volumen (% p/v): Se refiere a la masa en gramos de un soluto en 100 ml de solucin. Depende slo de la masa del reactive y del volumen en que est disuelta. Para soluciones diluidas se puede expresar como:

% p/v = Masa del soluto (g) x 100

Volumen de solucin.

d) Porcentaje peso-peso (%p/p): Se refiere al peso en gramos de un soluto por 100

gramos de solucin. La concentracin de la mayora de los cidos comerciales vienen

dadas en %p/p.

% p/p = Masa del soluto (g) x 100

Masa de solucin

e) Molalidad: Se define como el nmero de moles de soluto por 1000 gramos de solvente. Esta

expresin de concentracin es usada en ciertos clculos fsico-qumicos principalmente. La

concentracin expresada de esta manera se hace independiente de la temperatura. Dado

que la temperatura afecta el volumen de una solucin, la concentracin de sta se ver

afectada cuando la expresin de concentracin usada est basada en el volumen. Para

soluciones diluidas, la situacin es similar a lo descrito anteriormente en el caso de la

expresin de molaridad.

m = moles de soluto

Kilogramo de solvente

PROBLEMAS 1) Para 500 mL de una solucin 0,2 M de cido sulfrico, calcule: a) los gramos de cido sulfrico que contiene b) el nmero de molculas de cido sulfrico que contiene c) la concentracin N de dicha solucin 2) Cuntos gramos de hidrxido de sodio slido se requieren para preparar 500 ml de una solucin 0.04 M? 3) Exprese la concentracin de la solucin anterior (ejercicio 2) en: a) N b) g/l c) % p/v 4) Para el hidrxido de bario, calcule: a) los gramos contenidos en 1 mol b) las molculas contenidas en 1 g c) los gramos necesarios para preparar una solucin 0,1 M; V= 1000mL d) los gramos necesarios para preparar una solucin 0,5 N; V= 1000mL e) los gramos necesarios para preparar una solucin 5% p/v; V= 1000mL 5) Calcule cuntos mL de cido sulfurico 5M se requieren para preparar: a) 1500 mL de una solucin 0,002 M b) 1 L de una solucin 2 M c) 0,05 L de una solucin 1M d) 20 mL de una solucin 1 N e) 0,2 mL de una solucin 0,1 % p/v

6) Para las siguientes soluciones 2 M: Cuarzo (SiO2), azcar de mesa (C12H22O11), calcita (CaCO3) determine: a) PM de cada molcula b) Los gramos contenidos en 1 mol c) Molculas contenidas en 1 g 7) Calcule cada una de las siguientes cantidades: a) la masa de 2,6 x 1020 molculas de cido clorhdrico b) la masa de 0,5 mol de cido fosfrico c) el nmero de moles en 60 g de cloruro de sodio 8) Si Ud. dispone de varias soluciones concentradas: cloruro de sodio 3 M, cloruro de potasio 1 M, cloruro de magnesio 1 M. A partir de estas, indique cuantos mL de cada una de ellas son necesarios para preparar 0,5 L de soluciones a las siguientes concentraciones: a) cloruro de sodio 2 N b) cloruro de potasio 2% p/v c) cloruro de magnesio 0,02 mM 9) Calcule la cantidad de soluto necesario para preparar las soluciones que se indican: a) 1000 mL de hidroxido de sodio 2M b) 500 mL de cloruro de litio 0,5 M c) 10 mL de cloruro de calcio 5 % p/v d) 100 mL de cloruro de sodio 1 N 10) Qu cantidad de moles de glucosa existen en los siguientes volmenes de solucin 0.012 M? a) 150 mL b) 1 L c) 104 mL d) 0,2 mL e) 300 L 11) Calcule la molaridad y % p/v si Ud. disuelve 170 mg de sacarosa en los siguientes volmenes: a) 700 L b) 80 mL c) 105 L d) 3x105 mL e) 1x103 L

12) Calcule la normalidad si ud. disuelve 2 mg de cido fosfrico en los siguientes volmenes: a) 200 mL b) 0,2 mL c) 2000 L d) 3 L e) 20 L (Para determinar los pesos moleculares utilice la tabla peridica que se encuentra al final de la gua)

PARTE PRCTICA

MATERIALES: 4 Matraces de aforo 100 mL 1 esptula metlica. 1 embudo. 1 matraz Erlenmeyer 250 mL 2 vasos de precipitado de 100 mL 1 vaso de precipitado de 50 mL 1 pizeta. 1 pipeta graduada de 1, 5 y 10 mL 1 pipeta aforada de 2 mL 1 probeta de 100 mL 1 pprpipeta de 2 mL y 10 mL 1 marcador. 1 baqueta de vidrio.

Material para el grupo curso:

- 2 balanzas - NaCl

Actividad Prctica Actividad N1: Reconocimiento del material de trabajo

a) Ud. dispondr de una cierta cantidad de material de vidrio, el que usar durante su trabajo prctico. Cudelo y evite un tratamiento drstico o golpearlo. Su instructor le mostrar los distintos materiales de laboratorio y sus caractersticas. Adems Ud. recibir instrucciones de cmo trabajar con dicho material: pipetas, tubos de ensayo, matraces, etc.

Actividad N2: Preparacin de soluciones a) Preparacin de una solucin NaCl 3,5 M. Pese la cantidad necesaria y

transfirala a un vaso de precipitado. Adicione 2/3 del volumen final de agua destilada. Con la ayuda de una bagueta (barra de vidrio) acelere la disolucin de la sacarosa en el agua. Tambin puede recurrir a la aplicacin de calor. En este caso deber esperar hasta que la solucin llegue a temperatura ambiente (20C) antes de llevar la solucin a su volumen final. Enrase la solucin a su volumen final en un matraz aforado (V=100 mL)

b) A partir de la solucin antes preparada Ud. deber confeccionar tres diluciones de tal manera que queden a 15%, 1% y 0.15 M respectivamente. Vace la solucin concentrada en un vaso precipitado limpio y seco. Tome las alcuotas respectivas con una pipeta volumtrica y vace en matraces aforados (V=100 mL). Complete el volumen con agua hasta el aforo.

Actividad N3: Informe n1 en clases. Ud. recibir una Informe n1 el cual debe ser completado en clase y entregado al final de la misma. Asi mismo, TODOS los clculos de las actividades anteriores deben ser anotadas en esta gua, de manera clara y ordenada.

Bibliografa:

Qumica 9a. ed. Chang, Raymond; 2007. Qumica general 8a. ed. Petrucci, Ralph H;2003.

Tabla 1: Tabla de conversiones de masa.

Nombre Abreviatura Equivalente en Equivalente en

kilogramos gramos

Tonelada Tm 1000 kg 1000000 g

kilogramo kg 1 kg 1000 g

hectogramo hg 0.1 kg 100 g

decagramo dag 0.01 kg 10 g

gramo g 0.001 kg 1 g

decigramo dg 0.0001 kg 0.1 g

centigramo cg 0.00001 kg 0.01 g

miligramo mg 0.000001 kg 0.001 g

Tabla 2: Tabla de conversiones universal para medidas

Tabla 3: Tabla Peridica de los Elementos