UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU TERMODINAMICA DE LOS
PROCESOS QUIMICOS II FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
REFRACTOMETRIA
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERFACULTAD DE INGENIERA
QUMICA
ASIGNATURA
:TERMODINAMICA DE LOS PROCESOS QUIMICOS IITEMA
:
CATEDRTICO:
CATEDRTICO
: Ing. SALVADOR TEDULO OR b VIDALN
INTEGRANTES
: INGARUCA SALDAA, MILAGROS MAQUERHUA PONCE, NATALY MENDOZA LEN,
JULISSA MIGUEL VASQUEZ, SANDRA VALVERDE APFATA, CRIS YAURI YARO,
ROCIOSEMESTRE
:
6
SECCIN
: A
FECHA DE ENTREGA :
30 de setiembre - 2008HUANCAYO-PER
2008I. OBJETIVOSOBJETIVO GENERAL Hacer la grfica de la fraccin
molar de la mezcla etanol-agua vs el ndice de refraccin.OBJETIVOS
ESPECFICOS Determinar el ndice de refraccin para mezclas de dos
sustancias (etanol-agua) en proporciones de 9.6:0.4; 7.68:2.32;
5.76:4.24; 3.84:6.16; 1.92:8.08; 0.0:10 respectivamente.
Analizar cuantitativamente la fraccin molar de una mezcla
(etanol-agua) mediante el uso del ndice de refraccin.
II. INTRODUCCIN
El fenmeno de la refraccin est basado en el cambio de velocidad
que experimenta la radiacin electromagntica al pasar de un medio a
otro, como consecuencia de su interaccin con los tomos y molculas
del otro medio. Dicho cambio de velocidad se manifiesta en una
variacin en la direccin de propagacin.
Un refractmetro mide el grado a el cual la luz es desviada (es
decir refractada) cuando se mueve desde el aire en una muestra y
utilizada tpicamente para determinar ndice de refraccin, n de una
muestra lquida.
ndice de refraccin, de una sustancia o un medio transparente, es
la relacin entre la velocidad de la luz en el vaco y la velocidad
de la luz en la sustancia o el medio transparente.
Este nmero, mayor que la unidad y sin unidades, es una constante
caracterstica de cada medio y representa el nmero de veces que es
mayor la velocidad de la luz en el vaco que en ese medio. El ndice
de refraccin se mide con un aparato llamado refractmetro en el que
se compara el ngulo de incidencia con el ngulo de refraccin de la
luz de una longitud de onda especfica.
Como el ndice de refraccin es sensible a los cambios de
temperatura y vara con la longitud de onda de la luz, deben
especificarse ambas variables al expresar el ndice de refraccin de
una sustancia.
Las alumnas
III. RESUMEN
El fenmeno de la refraccin est basado en el cambio de velocidad
que experimenta la radiacin electromagntica al pasar de un medio a
otro, como consecuencia de su interaccin con los tomos y molculas
del otro medio. Dicho cambio de velocidad se manifiesta en una
variacin en la direccin de propagacin.
La medida relativa de la variacin entre dos medios tomando uno
fijo como referencia se le conoce como ndice de refraccin n y en
general est expresado con respecto al aire. El instrumento para
medir n, es bsicamente un sistema ptico que busca medir el ngulo
que se ha desviado la radiacin, el cual se llama refractmetro y nos
permiti determinar los ndices de refraccin de la mezcla del etanol
con agua en la proporcin de 9.6:0.4; 7.68:2.32; 5.76:4.24;
3.84:6.16; 1.92:8.08; 0.0:10 los que nos dieron un ndice de
refraccin igual a 1.3581 1.3551 1.3520 1.3456 1.3371 1.3290
respectivamente a una temperatura de 20C .
IV. MARCO TEORICO
REFRACCINCuando un rayo de luz pasa oblicuamente de un medio
hacia otro de densidad diferente, su direccin cambia al atravesar
la superficie que lo separa.a) Refraccin EspecficaEs la relacin
entre el ndice de refraccin y la densidad. Tambin se conoce como la
ecuacin de Lorentz y Lorentz:
La refraccin especfica es muy til como medio para la
identificacin de una sustancia y como un criterio de su pureza.
Los valores del ndice de refraccin para lquidos orgnicos varan
entre 1.2 y 1.8, mientras que los slidos orgnicos fluctan entre 1.3
y 2.5. b) Refraccin Molar
Propiedad cuantitativa dependiente de la distribucin estructural
de los tomos en la molcula. Es igual a la refraccin especfica
multiplicada por el peso molecular. c) Dispersin
Cambio de la refraccin con la longitud de onda. La dispersin es
til en algunos casos para la identificacin de compuesto.
Los ndices de refraccin pueden ser medidos por dos tipos de
instrumentos: los refractmetros y los interfermetros. d) Incidencia
(i)
ngulo entre el rayo de primer medio y la perpendicular de la
superficie divisora. e) Angulo de Refraccin (r)
ngulo correspondiente en el segundo medio. f) Leyes de la
refraccin
Al otro lado de la superficie de separacin los rayos no
conservan la misma direccin 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 separacin de los dos medios.
El ngulo que forma el rayo refractado con la normal (ngulo de
refraccin) est relacionado con el ngulo de incidencia: n1 seni = n2
sen ( REFRACTOMETROUn refractmetro mide el grado a el cual la luz
es desviada (es decir refractada) cuando se mueve desde el aire en
una muestra y utilizada tpicamente para determinar ndice de
refraccin (ndice de refraccin n) de una muestra lquida.
El ndice de refraccin es un nmero, entre 1,3000 y 1,7000 para la
mayora de los compuestos, y se determina normalmente a la precisin
de cinco dgitos. Puesto que ndice de refraccin depende de la
temperatura de la muestra y de la longitud de onda de la luz
utilizada, ambos se indican despus del smbolo "n" de ndice de
refraccin:
La n puesta en letra itlica denota el ndice de refraccin, el
exponente indica la temperatura los grados centgrados, y el
subndice denota la longitud de onda de la luz.
El ndice de refraccin se determina comnmente como parte de la
caracterizacin de muestras lquidas, algo similar a lo que ocurre
con el punto de fusin de muestras slidas. El ndice de refraccin
tambin se utiliza comnmente para:
Identificar o a confirmar la identidad de una muestra comparando
su ndice de refraccin a los valores conocidos.
Determine la pureza de una muestra comparando su ndice de
refraccin al valor para la sustancia pura.
Determine la concentracin de un soluto en una solucin comparando
el ndice de refraccin de la solucin a una curva estndar (sal,
azcar, alcohol, etc.)
TIPOS DE REFRACTOMETROSa.- Refractmetro de AbbEl instrumento lee
directamente, el ndice de refraccin es durable, requiere solo una
gota de la muestra y da una buena aproximacin del valor de la
diferencia de ndice de refraccin entre la lnea azul y la roja del
hidrgeno que constituye una medida de la dispersin.
b.- Refractmetro de InmersinDa una presicin mayor en sus
lecturas que cualquier otro tipo, excepto el refractmetro de
interferencia. Como el ndice de refraccin cambia con la
temperatura, debe escogerse una temperatura patrn. Mide
concentraciones con ms precicin y facilidad, de soluciones acuosas
y alcohlicas.
c.- Interfermetros
Utilizan el fenmeno de la interferencia para obtener ndices de
refraccin diferenciales con precisin muy alta. La medicin ms exacta
se basa en la interferencia de luz.
NDICE DE REFRACCIN (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 refraccin, que consiste en el cambio de direccin del haz. Para
esto se utiliza el llamado ndice de refraccin del material, que nos
servir para calcular la diferencia entre el ngulo de incidencia y
el de refraccin del haz (antes y despus de ingresar al nuevo
material).
El efecto de la refraccin se puede observar fcilmente
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 direccin al
salir del agua, debido a la diferencia de ndices de refraccin entre
el agua y el aire.
Se utiliza la letra n para representar el ndice de refraccin del
material, y se calcula por la siguiente frmula:
n : ndice de refraccin del medio en cuestin
co : velocidad de la luz en el vaco (3x108 m/s)
v : velocidad de la luz en el medio en cuestin.
Es decir que es la relacin entre la velocidad de la luz en el
vaco y en el medio.
Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre
menor que en el vaco, el ndice de refraccin ser un nmero siempre
mayor que 1. En el vaco: n=1 , en otro medio: n>1
V. PARTE EXPERIMENTAL
5.1 Materiales
6 tubos de ensayo
2 pipetas
frasco lavador
1 gradilla
5.2 Reactivos
Agua destilada
Alcohol etlico
5.3 Equipo
Refractmetro
5.4 Procedimiento
Algunos laboratorios almacenan el refractmetro con un pedazo del
tejido fino en el montaje del prisma para mantener el prisma de
cristal del rasguo.
Abra el montaje del prisma y quite el tejido fino, compruebe que
el prisma este limpio.
Utilice una pipeta para aplicar su muestra lquida al prisma.
Tenga cuidado de no tocar el prisma con el extremo de la pipeta,
esto puede rasguar el cristal suave del prisma.
Cierre el montaje del prisma.
Encienda la lmpara usando el interruptor en el lado izquierdo.
(en algunos modelos el interruptor puede estar en el cable)
Ajuste la lmpara para asegurar el brillo adecuado en el prisma
de medicin.
Mire a travs del ocular.
Si usted est cerca ndice de refraccin de su muestra usted debe
ver que la visin en el ocular demuestra una regin oscura en la
regin inferior y ms clara en la tapa.
Si usted no ve una regin clara y oscura, d vuelta al tornillo
del lado derecho del instrumento hasta que ocurra.
Antes de hacer el ajuste final, ser generalmente necesario
ajustar la posicin de la lmpara y afilar la frontera entre las
regiones ligeras y oscuras usando el dial del compensador en el
frente del refractmetro.
Una vez que usted tenga una demarcacin quebradiza entre las
regiones ligeras y oscuras, d vuelta al tornillo en el lado derecho
para colocar la frontera exactamente en el centro de los retculos
segn lo demostrado.
Para leer ndice de refraccin, presione el interruptor en el lado
de la mano izquierda del refractmetro hasta que usted ve la escala
a travs del ocular. La escala superior indica ndice de refraccin.
Cuidadosamente interpolando usted puede leer el valor a la
exactitud del lugar decimal 4. El ejemplo demostrado aqu tiene un
ndice de refraccin de 1,4606.
Registre el ndice de refraccin en su cuaderno del laboratorio.
Despus lea el termmetro y registre la temperatura.
Despus de que le acaben, limpie el refractmetro. Primero utilice
un tejido fino al lenguado lejos ms de su muestra.
Entonces lave el prisma con un pequeo solvente, nosotros
utilizan generalmente un alcohol simple tal como etanol para las
muestras orgnicas de la limpieza.
Un movimiento suave ms bien que un movimiento del frotamiento se
prefiere para reducir al mnimo la posibilidad daar el prisma.
Despus de que usted haya acabado el limpiar del prisma, coloque
un tejido fino limpio en el ensamble. Cercirese que la luz se haya
apagado.
VI. CLCULOS Y RESULTADOSNVOLUMEN DE ETANOL mlVOLUMEN DE AGUA
mlINDICE DE REFRACCION
17.62.41.3581
26.083.921.3551
34.565.441.3520
43.046.961.3456
51.488.521.3371
60.010.001.3290
Datos bibliogrficos
Temperatura: 20C
Densidad del agua destilada a 20C: 1 g/ml
Densidad del alcohol etlico a 20C: 0.810 g/ml
ndice de refraccin del agua destilada a 20C: 1.333
ndice de refraccin del alcohol etlico a 20C: 1.362
Peso molecular del alcohol etlico: 46.07
Peso molecular del agua destilada: 18.016
Datos experimentales
Temperatura: 20C
ndice de refraccin del agua destilada a 20C: 1.3290
ndice de refraccin del alcohol etlico a 20C: 1.3581
Determinando el nmero de moles
w = masa
M = peso molecular Alcohol etlico
Agua destilada
NVOLUMEN DE ETANOL mlMASA DE ETANOL gMOLES DE ETANOL gVOLUMEN DE
AGUA mlNASA DE AGUA gMOLES DE AGUA gMOLES TOTALES
17,66,1560,133622752,42,40,133214920,26683767
26,084,92480,10689823,923,920,217584370,32448257
34,563,69360,080173655,445,440,301953820,38212747
43,042,46240,05344916,966,960,386323270,43977237
51,481,19880,026021278,528,520,472912970,49893424
600010100,555062170,55506217
Determinando la fraccin molar
Alcohol etlico
Agua destilada
NFRACCION MOLAR DEL ETANOLFRACCION MOLAR DEL AGUAINDICE DE
REFRACCION
10,500764190,499235811,3581
20,329442040,670557961,3551
30,209808650,790191351,352
40,12153810,87846191,3456
50,052153710,947846291,3371
6011,329
VII. CONCLUSIONES
Se realiz la grfica: fraccin molar de la mezcla del
etanol(1)-agua(2) vs. El ndice de refraccin.
Determinamos el ndice de refraccin para la mezcla
etanol(1)-agua(2) en proporciones de 9.6:0.4; 7.68:2.32; 5.76:4.24;
3.84:6.16; 1.92:8.08; 0.0:10, los resultados obtenidos fueron:
1.3581, 1.3551, 1.3520, 1.3456, 1.3371 y 1.3290 respectivamente. El
anlisis cuantitativo de la fraccin molar de una mezcla
etanol(1)-agua(2) con respecto al ndice de refraccin se puede
observar en las figuras anteriormente presentadas.. VIII. DISCUSIN
DE RESULTADO Debido a las diferentes condiciones con las que se
realizo la prctica (presin y temperatura). , los datos obtenidos
tienen una pequea varianza con los datos bibliogrficos.
Debido a las diferentes densidades la que cambia al atravesar la
superficie que los separa tambin se da la diferencia de los
datos.
El manejo de reactivos y materiales alteran los resultados
hallados provocando as que las sustancias se contaminen.
IX. BIBLIOGRAFA MTODOS INSTRUMENTALES DE ANLISIS. Willard,
Hobarth; Merritt, Lynnel; Dean, John. A.. Editorial Continental,
S.A; Mxico, 1978. DICCIONARIO DE QUMICA Y PRODUCTOS QUIMICOS.
Ediciones Omega. S.A; Barcelona, 1975.
http://cursweb.educadis.uson.mx/payala/quimica_analitica2/Refractometria.htm
REFRACTOMETRIA (MEZCLA ETANOL-AGUA )
PAGE 2
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