Universidad Nacional Mayor de San Marcos - 2015 INDICE 1. INTRODUCCION 2 2. RESUMEN 3 3. PRINCIPIOS TEORICOS 4 4. DETALLES EXPERIMENTALES 8 5. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS 9 6. CALCULOS 15 7. ANALISIS Y DISCUCIION DE RESULTADOS 26 8. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES 27 9. APENDICE 28 HOJA DE DATOS CUESTIONARIO GRAFICOS 10. BIBLIOGRAFIA 27 [Escribir texto] Página 1
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INDICE
1. INTRODUCCION 2
2. RESUMEN 3
3. PRINCIPIOS TEORICOS 4
4. DETALLES EXPERIMENTALES 8
5. TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS 9
6. CALCULOS 15
7. ANALISIS Y DISCUCIION DE RESULTADOS 26
8. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES 27
9. APENDICE28
HOJA DE DATOS CUESTIONARIO GRAFICOS
10. BIBLIOGRAFIA 27
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INTRODUCCION
Cuando la radiación electromagnética atraviesa un límite entre dos medios, cambia su
velocidad de propagación. Si la radiación incidente no es perpendicular al límite también
cambia su dirección. El cociente entre la velocidad de propagación en el espacio libre y la
velocidad de propagación en el medio se llama índice de refracción.
El índice de refracción determina la velocidad de la luz en el medio al que corresponde.
Su relación con la polarizabilidad molecular se puede entender imaginando que la
propagación de la luz tiene lugar al inducir la luz incidente un momento bipolar oscilante
que luego refleja la radiación. La radiación reflejada, tiene la misma frecuencia que la luz
incidente, pero su fase se retrasa por efecto de la intersección. Este retraso de fase, que
aumenta a medida que las moléculas responden más fuertemente, retrasa la propagación
de la luz, y por tanto hace más lento su pase a través del medio.
Los índices de refracción se emplean para determinar la concentración de las soluciones,
identificar compuestos, y para asegurarse su pureza. Además son útiles para determinar
momentos bipolares, estructuras moleculares y pesos moleculares aproximados.
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RESUMEN
La presente práctica experimental de Refractometria tuvo como finalidad determinar el
índice de refracción de sustancias puras de agua y Propanol, así como de mezcla a
distintos porcentajes de volumen, además se determinó el índice de refracción de la
sacarosa disuelta en agua. Para cumplir tal objetivo se empleó el Refractómetro ABBE,
bajo condiciones de laboratorio de 23ºC de temperatura, 756 mmHg y 97% de humedad
relativa. A partir de los índices de refracción obtenidos se pudo realizar varias
operaciones, tales como: la determinación del porcentaje en peso del etanol en cada
mezcla, sacarosa en agua. Además se hizo un análisis del comportamiento de la luz
sobre el medio, que es la muestra. Finalmente se calculó la refracción molar de las
mezclas, demostrándose que es una propiedad aditiva. La ecuación que se utilizara para
determinar el porcentaje en peso experimental es:
100 ( n₀−1 )d0
=P1 ( n1−1 )
d1+(100−P1)(n2−1)
d 2
La ecuación para hallar las refracciones molares teóricas es:
R=x1 n12−1n22+2
× M 1d1
+(1−x 1) n22−1n22+2
× M 2d 2
Luego de haber desarrollado el experimento y con los datos tomados se hicieron los
cálculos respectivos los resultados los daremos a conocer posteriormente
En conclusión la medida del índice de refracción depende de la concentración del
componente más volátil, es importante porque permite identificar una sustancia por su
pureza y composición. Los errores obtenidos en la práctica se deben a la volatilidad de los
componentes de la mezcla y a posible falla al ubicar las dos zonas divididas.
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PRINCIPIOS TEORICOS
LEY DE SNELL:
Esta importante ley, llamada así en honor del matemático holandés Willebrord van Roijen
Snell, afirma que el producto del índice de refracción del primer medio y el seno del
ángulo de incidencia de un rayo es igual al producto del índice de refracción del segundo
medio y el seno del ángulo de refracción. El rayo incidente, el rayo refractado y la normal
a la superficie de separación de los medios en el punto de incidencia están en un mismo
plano. En general, el índice de refracción de una sustancia transparente más densa es
mayor que el de un material menos denso, es decir, la velocidad de la luz es menor en la
sustancia de mayor densidad. Por tanto, si un rayo incide de forma oblicua sobre un
medio con un índice de refracción mayor, se desviará hacia la normal, mientras que si
incide sobre un medio con un índice de refracción menor, se desviará alejándose de ella.
Los rayos que inciden en la dirección de la normal son reflejados y refractados en esa
misma dirección.
Para un observador situado en un medio menos denso, como el aire, un objeto situado en
un medio más denso parece estar más cerca de la superficie de separación de lo que está
en realidad. Un ejemplo habitual es el de un objeto sumergido, observado desde encima
del agua, como se muestra en la figura 3 (sólo se representan rayos oblicuos para ilustrar
el fenómeno con más claridad).
El rayo DB procedente del punto D del objeto se desvía alejándose de la normal, hacia el
punto A. Por ello, el objeto parece situado en C, donde la línea ABC intersecta una línea
perpendicular a la superficie del agua y que pasa por D.
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En la figura 4 se muestra la trayectoria de un rayo de luz que atraviesa varios medios con
superficies de separación paralelas. El índice de refracción del agua es más bajo que el
del vidrio. Como el índice de refracción del primer y el último medio es el mismo, el rayo
emerge en dirección paralela al rayo incidente AB, pero resulta desplazado.
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INDICE DE REFRACCION:
La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad en otro medio, es el
índice de refracción y se determina midiendo los ángulos de incidencia y de refracción en
la interfase. El índice de refracción depende de la longitud de onda de la luz y de la
temperatura, que se especifican generalmente con índices y subíndices, respectivamente.
Por ejemplo, nD25
indica un índice de r refracción a 25º determinado con luz
monocromática amarilla con arco de sodio (que se conoce como línea d). Los índices de
refracción se emplean para determinar la concentración de las soluciones, identificar
compuestos, y para asegurarse de su pureza.
Lorenz y Lorente mostraron que:
R=n2−1n2+2
⊗ Mρ ......................(1)
Donde M es el peso molecular, ρ la densidad y R la refracción molar. Esta refracción
molar se puede considerar independiente de la temperatura, de la presión y del estado de
agregación.
REFRACCION MOLAR DE MEZCLAS:
El valor experimental de la refracción molar de una mezcla de x1 y x2 fracciones molares,
respectivamente, de dos sustancias de pesos moleculares M1 y M2 viene dado por:
[ R ]1−2=n2−1n2+2
⋅x1M1+x2M 2
ρ .......................(2)
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Donde n y ρ se refieren a la mezcla. Se ha encontrado que esta magnitud es la suma de
las contribuciones de los constituyentes separados, así que:
[ R ]1−2=x1 [ R ]1+ x2 [R ]2 .................(3)
Donde [ R ]1Υ [R ]2 son las refracciones molares individuales. Se conocen muy pocas, o
quizás ninguna, excepción a esta regla; es particularmente para la determinación de la
refracción de sustancias sólidas o de materiales que solo se pueden conseguir en
cantidades pequeñas. La refracción molar de una disolución de composición conocida se
determina a partir de sus índices de refracción y densidad experimentales. Si se conoce la
refracción molar de u no de los constituyentes, se calcula fácilmente la del otro por la
ecuación (3).
REFRACTÓMETRO DE ABBE
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DETALLES EXPERIMENTALES
1) MATERIALES Y REACTIVOS:
- Refractómetro de Abbe. Pipetas graduadas de 1, 2 y 5 mL, tubos con tapón de corcho, algodón.
- Muestras agua desionizada, Propanol, sacarosa.
2) PROCEDIMIENTO:
A. MEDIDA DEL INDICE DE REFRACCION DE SOLUCIONES DE ETANOL Y PROPANOL
Primero se preparó 3 mL de soluciones que contenían 0, 5,10,20,30, 40, 50,60, 80 y
100% en volumen de Propanol en agua. Luego se midieron las temperaturas de los
líquidos puros y se abrió el prisma superior y se limpió ambos prismas con algodón
humedecido en acetona y se colocó unas gotas de la solución preparada anteriormente
sobre el prisma inferior, luego se cerró con el prisma superior y se encendió el
refractómetro, se observó el ocular moviendo con el micrométrico hasta obtener una zona
sombreada, luego con el micrométrico, se colocó la división de las zonas en la
intersección de los filamentos cruzado por último se cerró el interruptor y se leyó
directamente en la escala el índice de refracción haciéndose lo mismo para todas las
soluciones preparadas.
B. MEDIDA DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN DE SOLUCIONES DE SACAROSA EN AGUA:
Primero se preparó soluciones de sacarosa al 5 y 10% en agua y se realizó los mismos
pasos de la parte A, midiéndose el índice de refracción y el porcentaje en peso
directamente.
TABULACION DE DATOS Y RESULTADOS[Escribir texto] Página 8
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Tabla Nº 1: Condiciones de laboratorio
Presión (mmHg) Temperatura (°C) Humedad relativa(%)
756 23 97
Tabla Nº 2: Datos experimentales
Tabla 2.1: Medida del índice de refracción de soluciones: propanol y agua
% volumen del n-propanol Índice de refracción
0 1.3328
5% 1.3379
10% 1.3380
20% 1.3403
30% 1.3624
40% 1.3667
50% 1.3698
60% 1.3741
80% 1.3831
100% 1.3830
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Tabla 2.2: Medida del índice de refracción de soluciones de sacarosa en agua.
% Peso de la sacarosa Índice de refracción
1% 1.3343
4% 1.3391
Tabla Nº 3: Datos teóricos
Tabla 3.1: Índice de refracción
N-PROPANOL 1.383AGUA 1.33281
Tabla 3.2: Índice de refracción de la sacarosa
%Peso Índice de refracción1% 1.33444% 1.3388
Tabla 3.3: Masa molar
Propanol 60g-molagua 18g-mol
Tabla 3.4: Densidad del propanol y del agua a 23°C
ρ propanol 0.7998g/mlρ H 2O 0.9976g/ml
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Tabla N°4: Resultados
Tabla 4.1:% Peso teórico del n-propanol a partir de los volúmenes de cada componente.
1.- La luz cambia de velocidad es decir la luz no se propaga del mismo modo en el aire
que en otro medio.
2.- La refracción de la luz sirve para ver los objetos con una dimensión diferente de la real.
Ello se consigue con el uso de las lentes.
Estos efectos de la refracción de la luz se utilizan en algunos aparatos, como la lupa y el
microscopio, que nos permiten ver los objetos aumentados.
3.-Si una sustancia tiene un índice de refracción mayor que otra, se dice que es más
refringente, por ejemplo, el agua es más refringente que el aire. Debido a esto, los objetos
que están en el fondo de un recipiente con agua, los vemos más arriba.
RECOMENDACIONES:
1.-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.
2.- Como vamos a estar calculando los índices de refracción para varias soluciones con
diferentes W% peso de las sustancias que conforman esta solución; por tal motivo se le
sugiere estar limpiando constantemente el Refractómetro con alcohol o acetona - esta
última es la más recomendable por su alta volatilidad.
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3.- Una vez puesta la muestra en el vidrio para su determinación en el Refractómetro,
tratar de que esta muestra no se pierda, si esto sucediese no se obtendría algún índice de
refracción.
CUESTIONARIO
1. ¿Cuáles son los tipos de refractómetros? Describa en forma breve el refractómetro Abbe (partes esenciales, escalas, tipo de luz, etc.).
TIPOS
- Refractómetro de Pulfrich.
- Refractómetro de Abbe.
- Refractómetro de inmersión.
REFRACTÓMETRO DE ABBE
Este refractómetro está basado en el principio de ángulo límite, está ideado para realizar la operación con comodidad y rapidez. Requiere solo cantidades muy pequeñas de la muestra y da una precisión de + 2 x 10-4. La escala esta graduada directamente en índices de refracción para las líneas D a 20º C. En su forma usual se puede usar con luz de sodio o con luz blanca. Los modelos de alta precisión se limitan en general al uso de la luz de sodio, aunque los fabricantes suministran tablas de corrección para las líneas C y F.
La escala curva s, graduada en unidades de índice de refracción, esta insertada en el anteojo. Los prismas P y P’ están sujetos a una varilla B, que puede girar en rededor de un eje perpendicular al plano de dibujo. La varilla lleva un fiel, cuya posición en la escala indica el índice de refracción de la muestra cuando se hace coincidir la línea divisoria entre las posiciones oscura e iluminada del campo con la intersección del retículo en el plano focal del anteojo.
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Los prismas de Amici, A1 y A2 están ideados de tal modo que no desvían la luz d del sodio, mientras que las longitudes de onda más largas se desvían hacia un lado y las más cortas hacia el otro.
2. ¿Cuál es el efecto de la variación de la temperatura y de la presión en la refracción específica y en la refracción molar de los líquidos?
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.
Si el medio 1 es el aire, para el cual ηabs = 1.000277 (a 760 mmHg, 0o C. Longitud de onda 5893 A), entonces η2abs = 1.000277 (sen i/sen r). Como el índice de refracción del aire varía muy poco con los cambios ordinarios de humedad, composición, temperatura y presión del aire en el laboratorio, son suficientes los valores del índice de refracción referidos al aire. Sin embargo en determinaciones de máxima precisión ha de corregir el valor del índice de refracción para las condiciones normales (PTN) o usar ηabs en caso necesario.
3. Importancia del uso del refractómetro en la industria alimenticia
El refractómetro es muy importante en la industria alimentaria para conocer la concentración de diversos productos; así como el azúcar y otros, ejemplo:
Los fruticultores necesitan saber la cantidad de azúcar contenida en sus productos mientras se encuentran éstos en la vid para ayudar a regular la cosecha. El jugo de frutas contiene algunos otros sólidos aparte del azúcar, entonces técnicamente la lectura de Brix no debe interpretarse como la concentración de azúcar (los demás sólidos afectarán al índice de refracción y alterarán la lectura de Brix un poco). Los fruticultores pueden utilizar los refractómetros porque conforman un instrumento estándar del cual dependen todos los productores y compradores de frutas. De hecho, muchas veces se utiliza el valor de Brix medido por un refractómetro para fijar los precios. En una industria en que el Brix al 0.1% puede significar la diferencia entre decenas de miles de dólares, el refractómetro es de suma importancia.
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Aplicaciones y Usuarios Típicos
Fruticultores
Esencialmente, cualquier tipo de fruta que se madura en la vid necesita cosecharse con una ventana de desarrollo estrecha. Normalmente, la madurez o el contenido de azúcar es el factor más importante y debe probarse antes de la cosecha. Por lo general, los fruticultores llevan un refractómetro análogo a la huerta en donde pizcan una muestra de la fruta y exprimen el jugo directamente al prisma del refractómetro. Esto les proporciona un método consistente para medir el desarrollo de su producto y ayuda a prevenir errores costosos. Nota: A menudo, los compradores de fruta basan el precio que están dispuestos a pagar en el contenido de Brix de la fruta cosechada. Teniendo en cuenta que muchas veces un solo comprador adquiere toda la cosecha, el 0.1% Brix importa mucho con respecto al valor total en dólares de la cosecha.
Procesadores y Empacadores de Alimentos.
Productores y Embotelladores de Bebidas
Una de las aplicaciones más grandes y más apropiadas del refractómetro es en el proceso de control de calidad de los productores y embotelladores de bebidas. Desde refrescos hasta vinos de mesa, se emplean los refractómetros durante todo el proceso para monitorear el nivel de sólidos disueltos en la solución.
Agricultura
La agricultura biológica, un derivado de la agricultura orgánica, utiliza muy pocos aditivos para enriquecer el suelo, sin pesticidas o aditivos inorgánicos. Hace varios años, se descubrió que ciertos aditivos orgánicos elevarían la lectura de Brix del jugo de las cosechas como el maíz. Al mantener estas lecturas de Brix arriba de cierto nivel, los jugos de las plantas funcionaban como una pesticida natural.
Cortar y Moler
Todos los fabricantes y maquinistas dependen de lubricantes y enfriadores para reducir tanto la fricción como el calor durante el proceso de corte y molido. Normalmente se venden dichos lubricantes en forma concentrada que se diluyen en agua. Este proceso de
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dilución es crítico y exige mucho tiempo. Un lote incorrecto puede producir la destrucción del trabajo o daños a máquinas que costarían miles de dólares. Sin embargo, la dilución de lotes grandes por volumen puede exigir mucho tiempo y ser trabajoso. Los refractómetros proporcionan la solución ideal al permitirle al usuario producir lotes grandes por aproximación y después verificar la concentración con exactitud para hacer la dilución más precisa.
BIBLOGRAFIA
Alberty R., Daniels F., "Fisicoquímica ", versión SI, Ira ed, Cia Ed. Continental, México, 1984.