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