-
DENSIMETRA
Propiedad fsica que se utiliza para varios propsitos, por ejemplo como:
Criterio de pureza.
ndice de contenido de slidos totales.
En mezclas binarias como funcin de la composicin.
1
-
Densimetra
Densidad absoluta masa por unidad de volumen
=
Densidad relativa densidad a una temperatura
determinada con relacin a la densidad del agua a la
misma temperatura.
=
Generalmente, en la prctica se trabaja con agua a 4C
porque a 3,98 C la densidad del agua es 1.
Cd
td
td
td
relativadensidad
4
2
-
Densimetra
Peso especfico o gravedad especfica masa de
la sustancia a una temperatura (t1) relativa a la
masa de un volumen igual de agua a (t2).
La densidad y por lo tanto, el peso especfico de una
sustancia es funcin de la temperatura, por esta razn
es una variable muy importante durante las mediciones.
2agua de masa
1
sustancia de masa1
2 t
VxtV
t
tdespecficoPeso
3
-
Picnmetros
Recipientes de vidrio
que se utilizan para
medir el peso especfico
a temperatura
controlada.
Se determina la
composicin por
interpolacin en tablas.
t
t
agua de masa lquido de masa
especficoPesoTipo A: con tapn esmerilado y
perforado, cubierto con una tapa externa
del mismo material para evitar la
evaporacin.
Tipo B: tiene una chaqueta externa que lo
cubre, la cual contribuye a estabilizar la
temperatura del material que se pesa.
Tipo C: tienen un termmetro unido a la
tapa esmerilada del frasco y una tapita
externa que cubre el bracito de enrasar.
4
-
Densmetros, aremetros o hidrmetros
Cuerpos flotantes que se usan para determinar gravedad especfica.
Se basan en el principio de Arqumides.
Desplazan volmenes diferentes de pesos iguales de los lquidos en los que flotan.
Si el cuerpo flotante es un cilindro de dimetro uniforme, el volumen desplazado es proporcional a la profundidad a la cual el cuerpo se hunde.
1
2
1
2
2
1
221121
H
H
V
V
d
d
dVdVgmgm
5
-
Aparatos para medir densidad
Densmetros
Miden densidad o
gravedad especfica de
lquidos ms o menos
densos que el agua
Aremetros
Miden composicin de
disoluciones ms o menos
densas que el agua
6
-
Aparatos para medir densidad
Alcoholmetros para determinar porcentajes de alcohol.
Escala Tralle de 0 a 100 % por volumen
Sacarmetros, para determinar porcentaje de azcar.
Escala Balling (% de azcar), Escala Brix ( % azcar por peso a 20 C)
Salmetros, porcentaje de saturacin en salmueras.
Olemetros, densidades de grasas animales o vegetales.
Escala de 50 (d=0,870) a 0 (d=0,897)
Lactmetros, para slidos en leche o adulteraciones por
adicin de agua a partir de la densidad e la leche.
Soxlet de 25 (d=1,025) a 35 (d= 1,035)
Escala Quevenne 14 a 42 , correspondiente a % de agua.
7
-
Cmo utilizar un densmetro
Cuidados
Limpio, seco, no tocar
las paredes del
recipiente y evitar el
error de paralaje
durante la lectura.
Se mide a la
temperatura de
calibracin del equipo.
Uso correcto
8
-
Determinacin de etanol.
Tratamiento de muestra.
Coloque la muestra de guaro en un beaker y mida directamente.
Picnmetro.
Lave el picnmetro con agua y jabn.
Llene completamente el picnmetro con agua destilada a 19C, asegrese de no formar burbujas.
Seque muy bien la superficie externa y mida la masa del picnmetro con el lquido a 20 C en la balanza analtica.
Bote el agua destilada y seque el picnmetro en la estufa, sobre papel toalla, no introduzca el termmetro en caso de que el equipo lo incluya.
Enfre el picnmetro y mida su masa en la balanza analtica.
9
-
Determinacin de etanol.
Picnmetro.
Llene completamente el picnmetro con la muestra problema a 19 C, sin formar burbujas internas.
Seque muy bien la superficie externa y mida la masa del picnmetro con la muestra a 20 C en la balanza analtica.
Determine el peso especfico del lquido a partir de la masa de muestra y de la masa de agua que contiene el picnmetro.
Con el peso especfico de la muestra, determine el contenido de etanol, a partir de las tablas tericas a la temperatura de trabajo.
Repita el procedimiento anterior para determinar la composicin exacta de la disolucin de etanol al 95% para trabajar en refractometra.
10
-
Determinacin de etanol. Aremetro.
Coloque la muestra en un bao de hielo para disminuir su temperatura 2 C, con respecto a la temperatura de lectura del aremetro.
Escoja el aremetro adecuado para medir el contenido de etanol, segn el valor esperado a partir de las tablas tericas.
Enjuague y llene una probeta de 250 mL con la muestra.
Coloque el aremetro limpio y seco dentro de la probeta con la muestra, evite que toque las paredes del recipiente, lea en la escala con el menisco inferior el valor de densidad correspondiente. Asegrese que la muestra se encuentra a la temperatura de calibracin del aremetro.
Mida con el nmero de cifras significativas correcto.
Calcule el contenido de etanol en la incgnita y su incertidumbre a partir de la tabla.
11
-
REFRACTOMETRA Mtodo que utiliza el ndice de refraccin para:
Confirmar identidad de compuestos y valorar su pureza.
Anlisis cuantitativo de mezclas binarias.
Se combina con otras tcnicas para dar informacin de estructura o masa molar de compuestos qumicos.
12
-
ndice de refraccin (n)
13
Si un rayo de luz choca con un medio
diferente:
Se puede reflejar.
Se puede refractar.
La refraccin es el cambio de direccin
del rayo al cambiar de medio.
El grado de refraccin se expresa como:
n1 es 1, si el medio es el vaco
V vaco V aire
2
1
1
2
2
1
sen
sen
v
v
n
n
mediosen
sen
airetn
-
Variables que afectan el ndice de refraccin
Temperatura (t): sta influye principalmente debido a la
variacin de densidad.
Longitud de onda(): debido a los fenmenos de
dispersin.
Dispersin normal: n disminuye al aumentar .
Dispersin anmala: cambios rpidos de n cerca de las
bandas de absorcin.
Generalmente se trabaja con la lnea D del sodio (=589 nm)
Presin: n aumenta con la presin, debido al aumento
de la densidad. El efecto es ms importante en gases n
aumenta 3 x 10-4 por atmsfera.
14
-
Refractividad especfica y molecular
La refractividad (R), de una sustancia se mantiene
constante a diferentes temperaturas segn la ecuacin de
Lorentz y Lorenz, adems, depende solo de la naturaleza
de la sustancia.
Si la refractividad se multiplica por la masa molar, se
obtiene la refractividad molecular [R].
15
dx
n
nR
1
2
12
2
compuesto delmolar masa
2
12
2
M
d
Mx
n
nR
-
El Refractmetro de Abb
Su lectura se basa en la medida del ngulo crtico.
ngulo crtico: ngulo de refraccin en un medio, cuando el ngulo de radiacin incidente es de 90 con la normal a la superficie.
Rayo crtico: rayo que forma con la normal a la superficie un ngulo denominado crtico, este ngulo es diferente para cada sustancia.
Figura. El rayo crtico y el ngulo crtico
16
crticongulocrticongulo
nsen
1
sen
90sen
sen
sen
2
1
-
El Refractmetro de Abb
El refractmetro tiene:
Un prisma de iluminacin con superficie rugosa.
Un prisma de refraccin con superficie pulida de vidrio ptico con un alto n.
Mide n entre 1,300-1,700 para radiacin con la lnea D del Na.
Cmo funciona:
El rayo AB presenta la mayor refraccin.
A la derecha del punto al que llega el rayo BC hay oscuridad y a su izquierda hay luz, esto se observa a travs de un ocular.
El espesor de la muestra es muy pequeo, entonces, se considera el rayo AB prcticamente razante a la superficie, por lo tanto, el rayo BC se refracta con el ngulo crtico.
Si cambia la muestra, vara n y por lo tanto r, as que se debe ajustar a la lnea de separacin luz y sombra.
17
-
El Refractmetro de Abb
El refractmetro utiliza luz blanca, entonces, la separacin de la zona (oscura e iluminada) no es ntida.
Para evitar la dispersin se
utilizan dos primas de Amici (compensadores). Estos se mueven uno respecto al otro y sirven para recoger los rayos angulares crticos divergentes de diferentes colores en un solo haz blanco que corresponde en trayectoria al del rayo de la lnea D del sodio.
18
-
El Refractmetro de Abb
La muestra est contenida como una delgada capa (~0,1 mm) entre los dos prismas.
La radiacin se refracta en la superficie de separacin de la muestra y la cara pulida del prisma superior, de la cual pasa al telescopio fijo.
El ocular del telescopio posee pelos cruzados; al hacer una medicin, se cambia el ngulo del prisma hasta que la superficie de separacin de la luz y la oscuridad coincida exactamente con los pelos cruzados.
Tiene un termmetro lateral para observar la temperatura.
La incertidumbre de la lectura del refractmetro es la mitad de la menor divisin de la escala.
19
-
Determinacin de etanol por refractometra
Determine la concentracin de la disolucin de etanol 95% m/v con picnmetro.
Prepare 9 disoluciones patrn entre 5,00 y 50,0% de
etanol en balones de 25,00 mL a partir de la disolucin
anterior.
Mida el ndice de refraccin () de cada disolucin patrn.
Mida del guaro y lo interpola en la curva de calibracin.
Calcule el contenido de etanol en el guaro y su incertidumbre a partir de la curva de calibracin por mnimos cuadrados.
20
-
Curvas de calibracin
21
-
Modelo de regresin lineal:
Mtodo de mnimos cuadrados
Se aplica bajo las siguientes
condiciones:
1. Existe relacin lineal entre la seal
analtica (y) y la composicin de analito
(x).
2. Cualquier desviacin de los puntos
respecto a la recta se deben a la seal
analtica medida (y), es decir no existen
errores en (x).
La recta que genera el mtodo reduce
al mnimo la suma de los cuadrados
de los residuales para todos los puntos
22
-
Clculo de los coeficientes de regresin
Nxx
Nyxyxm
ii
iiii
/
/
Pendiente
22
Nxx
ss
ii
y
m
/
pendiente la deestndar Desviacin
22
2
xmyb
Intercepto
22
2
intercepto delestndar Desviacin
ii
i
yb
xxN
xss
2
//
regresin la deestndar Desviacin
22222
N
NxxmNyy
siiii
y
recta laen puntos de nmeroN analito mismo del rplicasM
11
ncalibraci de curva la de obtiene se que resultado delestndar Deviacin
22
2
0
xxmyy
NMm
ss
i
oy
x
23
-
POLARIMETRA
Tcnica no destructiva que mide la rotacin ptica sobre un
haz de luz polarizada por compuestos pticamente activos.
Aplicaciones
Anlisis cualitativo, para identificacin de compuestos puros.
Anlisis cuantitativo, en la industria qumica, alimenticia y
farmacutica.
24
-
Polarizacin de la radiacin
La luz es una onda electromagntica con movimientos aleatorios.
Polarizador: dispositivo que permite seleccionar la onda que vibra perpendicular a su plano de polarizacin.
Mecanismos de polarizadores:
Dicrosmo o absorcin selectiva
Polarizacin por reflexin
Birrefringencia o doble refraccin
25
-
Polarizacin por doble refraccin
Prisma de Nicol: descompone el rayo de luz, desde la superficie en dos rayos: ordinario (que se refleja) y extraordinario (que se polariza linealmente en un plano).
Cristal bixico de espato de Islandia que se obtiene por el corte de un cristal de calcita (CaCO3) a travs de su diagonal corta y se pega con blsamo de Canad (sustancia transparente con n cercano al del rayo extraordinario,n1,49; que refleja el rayo ordinario, n1,65).
26
Capa de blsamo
de Canad
Eje ptico
Haz extraordinario
Haz ordinario
Haz no
polarizado
Prismas de Calcita
cristalina CaCO3
-
Sustancias pticamente activas
Las molculas quirales
(asimtricas y sus imgenes
no se superponen) poseen
actividad ptica, son
capaces de rotar el plano de
polarizacin de la luz.
Dextrorrotatoria: gira el plano
de luz polarizada a la
derecha.
Levorrotatoria: gira el plano
de luz polarizada a la
izquierda.
27
-
El polarmetro Instrumento para medir la
desviacin de la luz polarizada por sustancias pticamente activas.
Lectura con el polarmetro
Prismas en ngulo recto, se observa un campo oscuro.
El campo se ilumina con sustancia pticamente activa que desva el rayo.
La desviacin se mide girando el analizador hasta obtener intensidad mnima, pero es difcil de leer.
28
-
Dispositivos de media sombra (Prisma de Lippich)
Pequeo prisma de Nicol despus del polarizador, que
intercepta la mitad del haz que sale del polarizador.
Permite obtener un campo uniformemente iluminado,
cuando el polarizador est en una posicin intermedia y
sta se fija para leer.
(a) Dextro
(b) Lectura
(c) Levo
29
-
Rotacin especfica
Se utiliza para describir las caractersticas de un lquido y se
define como: =rotacin observada en grados
l=longitud de trayectoria, dm
c= concentracin soluto, masa/volumen
Generalmente se mide a 20 C y con la lnea D del sodio y se indica
como
Para lquidos puros c, se sustituye por la densidad.
Se define como el ngulo de rotacin () , que soporta el plano
de luz monocromtica, (D, luz de sodio), al atravesar un tubo
de 1 dm de longitud, que contiene un lquido con 1 g de
sustancia pticamente activa, en un volumen de 1 cm3
Se considera una constante fsica caracterstica.
30
lc
T
20D
-
Variables que afectan la rotacin ptica
Longitud del tubo que contiene la muestra.
Concentracin de las sustancias pticamente activas.
Si en disolucin hay varias sustancias pticamente activas, la rotacin resultante ser igual a la suma de las rotaciones de cada sustancia por separado en el mismo volumen de disolucin, siempre que estas sustancias no reaccionen entre s.
Longitud de onda de la luz utilizada, a menor longitud de
onda, mayor ngulo de rotacin.
Temperatura, que es aproximadamente lineal, difiere
entre sustancias.
Naturaleza de la sustancia y disolvente.
31
-
Determinacin de sacarosa por polarimetra La determinacin de carbohidratos considera: Solo debe estar presente el carbohidrato a determinar,
sino se utiliza el mtodo de doble inversin, donde se mide el ngulo de rotacin antes (=+66,5) y despus de hidrlisis (=-20,2).
Para compensar la presencia de otros carbohidratos.
Las disoluciones no deben ser turbias ni muy coloreadas.
Se deben utilizar clarificantes.
Las disoluciones deben ser relativamente concentradas.
Para que la medida de rotacin sea adecuada.
32
0,9320
5,5220
5,6620
Fructosa Glucosa Sacarosa
61266126cido
2112212 OHCOHCOHOHC
DDD
-
Determinacin de sacarosa por polarimetra
33
Clculo de rotacin especfica para sacarosa y para
azcares invertidos a partir de datos experimentales
Mida 52,00 g de sacarosa, disuelva, agregue un par de gotas de NH3(conc.) y diluya a 200,00 mL.
Mida para la disolucin a 20 C en el tubo del equipo(l =2 dm) y calcule el ngulo de rotacin especfica para la sacarosa .
Tome una alcuota de 50,00 mL de la disolucin de sacarosa y la coloca en un baln de 100,00 mL, agregue 20 mL de agua y 10 mL de HCl conc. poco a poco y agitando el baln.
Coloque el baln en bao mara a 60 C y agite por 3 minutos, deje en el bao por 7 minutos ms y enfre el baln a 20 C.
Diluya a la marca de aforo, homogenice, mida para la disolucin a 20 C y calcule el ngulo de rotacin especfica para la disolucin invertida .
20D
20D
-
Determinacin de sacarosa por polarimetra
34
Contenido de sacarosa en refrescos gaseosos
Tratamiento de muestra
Desgasifique un refresco gaseoso incoloro.
Mida 52,0 g de refresco y coloque en baln de 200,0 mL, agregue gota a gota acetato de plomo para clarificar, afore.
Centrifugue la disolucin, en el tubo de centrfuga agregue CaCO3 anhidro, centrifugue de nuevo y filtre, descarte los primeros enjuagues.
Lectura antes de la inversin.
Coloque una alcuota de 50,00 mL del filtrado de la muestra, en baln de 100,00 mL, agregue 2,3 g NaCl, diluya y mida el con la disolucin a 20 C.
-
Determinacin de sacarosa por polarimetra
35
Contenido de sacarosa en refrescos gaseosos
Lectura despus de la inversin
Coloque una alcuota de 50,00 mL del filtrado de la muestra en un baln de 100,00 mL, agregue 20 mL de agua y 10 mL de HCl conc. poco a poco y agitando el baln.
Coloque el baln en bao mara a 60 C y agite por 3 minutos, deje en el bao por 7 minutos ms y enfre el baln a 20 C.
Diluya a la marca de aforo, homogenice, mida para la disolucin de muestra invertida a 20 C.
Utilice las frmulas del libro para calcular la rotacin especfica de los azcares y el porcentaje de sacarosa en la muestra con su respectiva incertidumbre.
