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REFRACTOMETRIA
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
TEMA
CATEDRA : TERMODINÁMICA II.
CATEDRÁTICO : Ing. Salvador, ORE VIDALON
INTEGRANTES :
OSEDA RUTTI, Jimi PALIAN AZABAMBA, Joel ROMERO CARHUAZ, Charo Noemi
SEMESTRE : VI
HUANCAYO – PERÚ2013
INTRODUCCIÓN
"Año de la Actividad Turística Interna"
Un Ingeniero Químico una empresa
El fenómeno de la refracción está basado en el cambio de velocidad que experimenta la
radiación electromagnética al pasar de un medio a otro, como consecuencia de su
interacción con los átomos y moléculas del otro medio. Dicho cambio de velocidad se
manifiesta en una variación en la dirección de propagación.
Un refractómetro mide el grado a el cual la luz es desviada (es decir refractada) cuando
se mueve desde el aire en una muestra y utilizada típicamente para determinar índice de
refracción, n de una muestra líquida.
Índice de refracción, de una sustancia o un medio transparente, es la relación entre la
velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en la sustancia o el medio
transparente.
Este número, mayor que la unidad y sin unidades, es una constante característica de
cada medio y representa el número de veces que es mayor la velocidad de la luz en el
vacío que en ese medio. El índice de refracción se mide con un aparato llamado
refractómetro en el que se compara el ángulo de incidencia con el ángulo de refracción
de la luz de una longitud de onda específica.
Como el índice de refracción es sensible a los cambios de temperatura y varía con la
longitud de onda de la luz, deben especificarse ambas variables al expresar el índice de
refracción de una sustancia.
Los alumnos
RESUMEN
El fenómeno de la refracción está basado en el cambio de velocidad que experimenta la
radiación electromagnética al pasar de un medio a otro, como consecuencia de su
interacción con los átomos y moléculas del otro medio. Dicho cambio de velocidad se
manifiesta en una variación en la dirección de propagación.
La medida relativa de la variación entre dos medios tomando uno fijo como referencia
se le conoce como índice de refracción n y en general está expresado con respecto al
aire. El instrumento para medir n, es básicamente un sistema óptico que busca medir el
ángulo que se ha desviado la radiación, el cual se llama refractómetro y nos permitió
determinar los índices de refracción de sustancias como el agua destilada, ácido acético,
cloroformo, alcohol etílico obteniendo valores tales como 1.3260, 1.3700, 1.4413, 1.360
respectivamente; también se obtuvo los índices de refracción de la mezcla del etanol
con agua en la proporción de 8:2, 6:4, 4:6, 2:8 los que nos dieron un índice de refracción
igual a 1.3580, 1.3562, 1.3491, 1.3392 respectivamente a una temperatura de 20ºC
Concluyendo que nuestros datos tienen una pequeña diferencia con respecto a los datos
bibliográficos obtenidos a las mismas condiciones del laboratorio los cuales son 1.333,
1.3715, 1.4476 y 1.362 para el agua destilada, ácido acético, cloroformo, alcohol etílico
respectivamente.
I OBJETIVOS
1.1 Objetivo general
Hacer la gráfica de la fracción molar de la mezcla etanol-agua vs el índice de
refracción respectivamente.
1.2 Objetivos específicos
Determinar experimentalmente el índice de refracción de sustancias puras como
el agua destilada, ácido acético, cloroformo y alcohol etílico.
Determinar el índice de refracción para mezclas de dos sustancias (etanol-agua)
en proporciones de10:0, 8:2, 6:4, 4:6, 2:8, 0.10 respectivamente.
Analizar cuantitativamente la fracción molar de una mezcla (etanol-agua)
mediante el uso del índice de refracción.
Destacar los factores que afectan el índice de refracción
Describir el refractómetro y modo de realizar las medidas.
II MARCO TEÓRICO
2.1 REFRACCIÓN
Cuando un rayo de luz pasa oblicuamente de un medio hacia otro de densidad
diferente, su dirección cambia al atravesar la superficie que lo separa.
a.-Refracción Específica
Es la relación entre el índice de refracción y la densidad. También se conoce
como la ecuación de Lorentz y Lorentz:
La refracción específica es muy útil como medio para la identificación de una
sustancia y como un criterio de su pureza.
Los valores del índice de refracción para líquidos orgánicos varían entre 1.2 y 1.8,
mientras que los sólidos orgánicos fluctúan entre 1.3 y 2.5.
b) Refracción Molar
Propiedad cuantitativa dependiente de la distribución estructural de los átomos en
la molécula. Es igual a la refracción específica multiplicada por el peso molecular.
c) Dispersión
Cambio de la refracción con la longitud de onda. La dispersión es útil en algunos
casos para la identificación de compuesto.
Los índices de refracción pueden ser medidos por dos tipos de instrumentos: los
refractómetros y los interferómetros.
d) Incidencia (i)
Ángulo entre el rayo de primer medio y la perpendicular de la superficie divisora.
e) Angulo de Refracción (r)
Ángulo correspondiente en el segundo medio.
f) Leyes de la refracción
Al otro lado de la superficie de separación los rayos no conservan la misma
dirección que los de la onda incidente:
Cada rayo de la onda incidente y el correspondiente rayo de la onda transmitida
forman un plano que contiene a la recta normal a la superficie de separación de
los dos medios.
El ángulo que forma el rayo refractado con la normal (ángulo de refracción) está
relacionado con el ángulo de incidencia: n1 seni = n2 sen r
η2 – 1 1rD =---------- ---- η2 + 2 ρ
2.2 REFRACTOMETRO:
Un refractómetro mide el grado a el cual la luz es desviada (es decir refractada) cuando
se mueve desde el aire en una muestra y utilizada típicamente para determinar índice de
refracción (índice de refracción n) de una muestra líquida.
El índice de refracción es un número, entre 1,3000 y 1,7000 para la mayoría de los
compuestos, y se determina normalmente a la precisión de cinco dígitos. Puesto que
índice de refracción depende de la temperatura de la muestra y de la longitud de onda de
la luz utilizada, ambos se indican después del símbolo "n" de índice de refracción:
La n puesta en letra itálica denota el índice de refracción, el exponente indica la
temperatura los grados centígrados, y el subíndice denota la longitud de onda de la luz.
El índice de refracción se determina comúnmente como parte de la caracterización de
muestras líquidas, algo similar a lo que ocurre con el punto de fusión de muestras
sólidas. El índice de refracción también se utiliza comúnmente para:
Identificar o a confirmar la identidad de una muestra comparando su índice de
refracción a los valores conocidos.
Determine la pureza de una muestra comparando su índice de refracción al valor
para la sustancia pura.
Determine la concentración de un soluto en una solución comparando el índice
de refracción de la solución a una curva estándar (sal, azúcar, alcohol, etc.)
2.2.1 TIPOS DE REFRACTOMETROS
a.- Refractómetro de Abbé
El instrumento lee directamente, el índice de refracción es durable, requiere solo una
gota de la muestra y da una buena aproximación del valor de la diferencia de índice
de refracción entre la línea azul y la roja del hidrógeno que constituye una medida
de la dispersión.
b.- Refractómetro de Inmersión
Da una presición mayor en sus lecturas que cualquier otro tipo, excepto el
refractómetro de interferencia. Como el índice de refracción cambia con la
temperatura, debe escogerse una temperatura patrón. Mide concentraciones con más
presición y facilidad, de soluciones acuosas y alcohólicas.
c.- Interferómetros
Utilizan el fenómeno de la interferencia para obtener índices de refracción
diferenciales con precisión muy alta. La medición más exacta se basa en la
interferencia de luz.
2.3 ÍNDICE DE REFRACCIÓN (n)
Cuando un haz de luz que se propaga por un medio ingresa a otro distinto, una parte
del haz se refleja mientras que la otra sufre una refracción, que consiste en el cambio
de dirección del haz. Para esto se utiliza el llamado índice de refracción del material,
que nos servirá para calcular la diferencia entre el ángulo de incidencia y el de
refracción del haz (antes y después de ingresar al nuevo material).
El efecto de la refracción se puede observar fácilmente introduciendo una varilla en
agua. Se puede ver que parece quebrarse bajo la superficie. En realidad lo que sucede
es que la luz reflejada por la varilla (su imagen) cambia de dirección al salir del agua,
debido a la diferencia de índices de refracción entre el agua y el aire.
Se utiliza la letra n para representar el índice de refracción del material, y se calcula
por la siguiente fórmula:
n=C0
V
n : índice de refracción del medio en cuestión
co : velocidad de la luz en el vacío (3x108 m/s)
v : velocidad de la luz en el medio en cuestión.
Es decir que es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en el medio.
Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre menor que en el vacío,
el índice de refracción será un número siempre mayor que 1. En el vacío: n=1 , en
otro medio: n>1
III PARTE EXPERIMENTAL
3.1 Materiales
6 tubos de ensayo
2 pipetas
frasco lavador
1 gradilla
3.2 Reactivos
Agua destilada
Ácido acético
Cloroformo
Alcohol etílico
3.3 Equipo
Refractómetro
3.4 Procedimiento
Algunos laboratorios almacenan el
refractómetro con un pedazo del tejido fino en
el montaje del prisma para mantener el prisma
de cristal del rasguño.
Abra el montaje del prisma y quite el tejido
fino, compruebe que el prisma este limpio.
Utilice una pipeta para aplicar su muestra
líquida al prisma.
Tenga cuidado de no tocar el prisma con el
extremo de la pipeta, esto puede rasguñar el
cristal suave del prisma.
Cierre el montaje del prisma.
Encienda la lámpara usando el interruptor en el
lado izquierdo. (en algunos modelos el
interruptor puede estar en el cable)
Ajuste la lámpara para asegurar el brillo
adecuado en el prisma de medición.
Mire a través del ocular.
Si usted está cerca índice de refracción de su
muestra usted debe ver que la visión en el
ocular demuestra una región oscura en la región
inferior y más clara en la tapa.
Si usted no ve una región clara y oscura, dé
vuelta al tornillo del lado derecho del
instrumento hasta que ocurra.
Antes de hacer el ajuste final, será
generalmente necesario ajustar la posición de la
lámpara y afilar la frontera entre las regiones
ligeras y oscuras usando el dial del
compensador en el frente del refractómetro.
Una vez que usted tenga una demarcación
quebradiza entre las regiones ligeras y oscuras,
dé vuelta al tornillo en el lado derecho para
colocar la frontera exactamente en el centro de
los retículos según lo demostrado.
Para leer índice de refracción, presione el interruptor en el lado de la mano izquierda del refractómetro hasta que usted ve la escala a través del ocular. La escala superior indica índice de refracción. Cuidadosamente interpolando usted puede leer el valor a la exactitud del lugar decimal 4. El ejemplo demostrado aquí tiene un índice de refracción de 1,4606.
Registre el índice de refracción en su cuaderno
del laboratorio. Después lea el termómetro y
registre la temperatura.
Después de que le acaben, limpie el
refractómetro. Primero utilice un tejido fino al
lenguado lejos más de su muestra.
Entonces lave el prisma con un pequeño
solvente, nosotros utilizan generalmente un
alcohol simple tal como etanol para las
muestras orgánicas de la limpieza.
Un movimiento suave más bien que un
movimiento del frotamiento se prefiere para
reducir al mínimo la posibilidad dañar el
prisma.
Después de que usted haya acabado el limpiar
del prisma, coloque un tejido fino limpio en el
ensamble. Cerciórese que la luz se haya
apagado.
3.5 Tratamiento de datos
a.- Datos bibliográficos
- Temperatura: 20ºC
- Densidad del agua destilada a 20ºC: 1 g/ml
- Densidad del alcohol etílico a 20ºC: 0.810 g/ml
- Índice de refracción del agua destilada a 20ºC: 1.333
- Índice de refracción del alcohol etílico a 20ºC: 1.362
- Peso molecular del alcohol etílico: 46.07
- Peso molecular del agua destilada: 18.016
b.- Datos experimentales
- Temperatura: 19ºC
- Índice de refracción del agua destilada a 19ºC: 1.3260
- Índice de refracción del alcohol etílico a 20ºC: 1.360
c.- Determinación del número de moles
Voletanol puro= 0 . 96 x Voletanol 96%Volagua de etanol 96%= 0 . 04 x Voletanol 96%Volagua total= Volagua de etanol 96%+ Volaguam=ρ∗v
n=mM
v = volumen
m = masa
M = peso molecular
Alcohol etílico
Vol etanol 96%= 0 . 96 x 10 mlVol etanol 96%= 9 .6 mlw1= 0 . 810 g/ml x 9 .6 ml = 7 . 776 g
n1=7 .77646. 07
=0 . 169 moles
Agua destilada
Vol agua de etanol= 0 . 04x 10 ml=0 . 4 mlVol agua total= 0. 4 + 0Vol agua total= 0. 4 ml w1= 1 . 000 g/ml x 0 .4 ml = 0. 4 g
n1=0 . 418 .016
=0. 022 moles
MEZCLA
Etanol96%:agua
VOLUMEN
DE ETANOL
ml
MASA
DE ETANOL
g
NUMERO
DE MOLES
DE ETANOL
VOLUMEN
DE AGUA
ml
MASA
DE AGUA
g
NUMERO
DE MOLES
DE AGUA
NUMERO
DE MOLES
TOTALES
10:0 9.6 7.776 0.169 0.4 0.4 0.022 0.191
8:2 7.68 6.2208 0.135 2.32 2.32 0.129 0.264
6:4 5.76 4.6656 0.101 4.24 4.24 0.235 0.336
4:6 3.84 3.1104 0.068 6.16 6.16 0.342 0.41
2:8 1.92 1.5552 0.034 8.08 8.08 0.448 0.482
0:10 0 0 0 10 10 0.555 0.555
d.- Determinación de la fracción molar
f ETANOL=nETANOL
nTOTALf AGUA=1−f ETANOL
Alcohol etílico
f 1=0.1690.191
=0 .88
f 2=0.1350.264
=0 . 51
Agua destilada
f 1=1−0 .88=0 .12f 2=1−0 .51=0 .49
MEZCLA
Etanol96%:agua
FRACCIÓN MOLAR DEL
ETANOL
FRACCIÓN MOLAR DEL
AGUA
10:0 0.88 0.12
8:2 0.51 0.49
6:4 0.30 0.70
4:6 0.17 0.83
2:8 0.07 0.93
0:10 0 1
IV DISCUSIÓN DE RESULTADOS
V CONCLUSIONES
Se logró realizar la gráfica de la fracción molar de la mezcla etanol-agua vs el
índice de refracción respectivamente como se muestra en la figura 3 de anexos.
Se logró determinar experimentalmente el índice de refracción de sustancias
puras como el agua destilada, ácido acético, cloroformo y alcohol etílico
obteniendo como resultado a 1.3260, 1.3700, 1.4413, 1.360 respectivamente;
igual a 1.3580, 1.3562, 1.3491, 1.3392 respectivamente a una temperatura de
20ºC Concluyendo que nuestros datos tienen una pequeña diferencia con
respecto a los datos bibliográficos obtenidos a las mismas condiciones del
laboratorio los cuales son 1.333, 1.3715, 1.4476 y 1.362 para el agua destilada,
ácido acético, cloroformo,
Se logró determinar el índice de refracción para mezclas de dos sustancias
(etanol-agua) en proporciones de 10:0, 8:2, 6:4, 4:6, 2:8, 0.10 los que son igual a
1.360, 1.3580, 1.3562, 1.3491, 1.3392, 1.3260 respectivamente.
Se logró el análisis cuantitativo de la fracción molar de una mezcla (etanol-agua)
con respecto al índice de refracción como se puede observar en las figuras 1, 2 y
3 deanexos.
Como se logró evaluar en el marco teórico podemos mencionar que los factores
que afectan el índice de refracción son la presión y la temperatura los que
deberán ser tomados en cuenta al momento de realizar las mediciones.
Se logró describir el refractómetro y modo de realizar las medidas como se
muestra en el marco teórico, procedimiento de la parte experimental y figura 4
de anexos respectivamente.
VI RECOMENDACIONES
Ubicar el equipo delante de una intensa fuente de luz.
Calibrar el visor derecho de modo que se distinga solo dos colores
diferenciables.
Calibrar el visor derecho de modo que la intersección de la cruz sea exactamente
en el punto de separación de los dos colores.
El equipo debe contar con un termostato, que nos indique la temperatura del
fluido en estudio y también para que mantenga la temperatura constante.
Realizar una adecuada limpieza de la placa donde se coloca la sustancia al
momento de hacer el cambio de sustancia, ya que se podría formar una mezcla y
tomaríamos una lectura incorrecta.
Al momento de realizar las mezclas utilizar proporciones pequeñas ya que para
el estudio solo se emplean de 1 a 3 gotas, evitando de esta manera desperdiciar
los insumos.
VII BIBLIOGRAFIA
MÉTODOS INSTRUMENTALES DE ANÁLISIS. Willard, Hobarth; Merritt,
Lynnel; Dean, John. A.. Editorial Continental, S.A; México, 1978.
DICCIONARIO DE QUÍMICA Y PRODUCTOS QUIMICOS. Ediciones
Omega. S.A; Barcelona, 1975.
http://cursweb.educadis.uson.mx/payala/quimica_analitica2/Refractometria.htm
VIII ANEXOSFigura 1
INDICE DE REFRACCIÓN & FRACCIÓN MOLARPARA EL ETANOL 100%
y = -0,0829x2 + 0,1057x + 1,3302R2 = 0,9305
1,321,3251,331,3351,341,3451,351,3551,361,3651,37
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
FRACCIÓN MOLAR
Figura 2INDICE DE REFRACCIÓN & FRACCIÓ MOLAR
PARA EL AGUA
y = -0,0829x2 + 0,0602x + 1,3529R2 = 0,9305
1,32
1,33
1,34
1,35
1,36
1,37
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
FRACCIÓN MOLAR
Figura3 REFRACTÓMETRO