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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICASLaboratorio de FisicoquímicaPractica No 1 REFRACTOMETRIACarrera/Periodo: Ingeniería Bioquímica 2020/Profesor: Carlos SandovalAlumnos:Grupo: 2IM1 Equipo: No 2Fecha de Realización: 23/10/Fecha de entrega: 30/10/García Ortiz Alexandra...

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

Laboratorio de Fisicoquímica Practica No 1 REFRACTOMETRIA

Carrera/Periodo: Ingeniería Bioquímica Profesor: Carlos Sandoval

2020/1

Alumnos: García Ortiz Alexandra Daniela Nieto Sánchez Miguel Ángel

Grupo:

2IM1

Equipo: No 2 Fecha de Realización: Fecha de entrega:

23/10/2019 30/10/2019

INTRODUCCION El fenómeno de refracción consiste en la desviación de trayectoria que sufre un haz de radiación monocromática (luz formada por componentes de un solo color la cual tiene una solo longitud de onda). A nivel molecular este fenómeno se debe a la interacción entre el campo de radiación de los electrones de las moléculas, originándose temporalmente momentos dipolares inducidos. Debido a esto se cumple una relación conocida como la ley sin i de Snell la cual define el llamado índice de refracción “n” como: n= cos r

Donde i y r son ángulos de incidencia y refracción que forma el haz con la normal a la superficie de separación. A su vez la interacción entre la radiación y el medio ocasiona una reducción de la velocidad de la luz mientras esta camina a través del medio, este fenómeno está relacionado con el índice de refracción por: n=

c v

Siendo c y v las velocidades es de propagación de la radiación en el vacío y en el medio, por tanto, el índice de refracción se define como: sin i c n= = cos r v A este índice de refracción medido frente al vacío se denomina como índice de refracción absoluto de la sustancia donde c > v los cuales son mayores a 1. EL refractómetro de Abbe sencillo, su función es medir el índice de refracción de una muestra líquida (o sólida si tiene una cara lisa y pulida).

En el refractómetro, esta diferencia entre zonas de luz y sombra la podemos observar mediante el ocular gracias a un sistema óptico interno dispuesto para ese fin (Fig.1). Cuando se mira por el ocular tras poner la muestra lo más Fig. 1. Lectura de índice de refracción normal es que la imagen no quede dividida en dos campos iguales, oscuro e iluminado, como se observa en la figura 1. El mando que permite centrar la línea de división entre luz y sombra va engranado con una escala de medida del índice de refracción que se ha calibrado de tal modo que el índice es el valor que marca la escala cuando hemos conseguido centrar Fig. 2. (Fig Escalas la línea de separación luz-sombra 2.).del refractómetro OBJETIVOS Comprender el concepto de índice de refracción Manipular el refractómetro de Abbe Determinar el índice de refracción de varias sustancias METODOLOGIA Experiencia 1. Determinacion del índice de refracción.

1

Determinar los indices de refraccion con el refractometro de Abbe. (figura 3) Fig. 3. Refractómetro de Abbe.

Utilizando el picnometro determinar la densidad. (figura 4)

2 3

Utilizando los indices de refraccion y dencidad aplicandolos en la ecuacion de Lorentz y Lorenz, calcular la refraccion molecular de las sustancias puras.

Experiencia 2. Determinación de la relación índice de refracciónconcentración.

Fig. 4. Picnómetro,

Preparar una serie de soluciones y calcular la concentracion de cada solucion en % (figura 5).

1

Determinar el indice de refraccion de cada una de las soluciones utilizando el refractometro de Abbe.

2

Fig. 5. Soluciones. Con los resultados obtenidos contruir una grafica de indice de refraccion contra la concentracion.

3

Experiencia 3. Determinación de la concentración de una solución desconocida de etanol.

Determinar el indice de refraccion de la solucion desconocida con el refractrometro de Abbe.

1

RESULTADOS

Experiencia 1 “Determinación del índice de refracción.” PESO MOLECULA R (gramo/mol)

REFRACCION MOLECULAR EXPERIMENTAL

REFRACCIO N MOLECULAR TEORICA (TABLAS)

SUSTANCIA

DENSIDAD

INDICE DE REFRACCIO N

Agua Destilada

0.9436

1.333

18

3.9238

3.725

Etanol

0.7460

1.3618

46.07

13.69

12.9585

Acetona

0.7499

1.36

58.08

17.0931

15.96

CCl4 Cloroformo

1.5011 1.4011

1.3884 1.445

153.82 119.38

24.1236 22.6771

26.278 21.419

Hexano Boing

1.4047 0.9763

1.377 1.3441

86.18 -

14.1110 -

28.25 -

Jugo de naranja

1.0022

1.3541

-

-

-

Tequila

0.6856

1.3521

-

-

-

Vino

0.9663

1.3451

-

-

-

Vino californio

0.9434

1.3421

-

-

-

Experiencia 2 “Determinación de la relación índice de refracción-concentración.”

Solución

1

2

3

4

5

6

7

8

Agua (ml)

23.8

22.5

21.2

20.0

18.8

17.5

15.0

12.5

Etanol (ml)

1.2

2.5

3.8

5.0

6.2

7.5

10.0

12.5

Conc. %

3.78

7.89

11.99

15.78

19.56

23.67

31.56

39.45

N

1.3350

1.3370

1.3405

1.3438

1.3464

1.3495

1.3545

1.3579

INDICE DE REFRACCION 45 40

CONCENTRACION (%)

35 30 25 20 15 10 5 0 1.33

1.34

1.34

1.35

1.35

1.36

1.36

INDICE DE REFRACCION (n)

La grafica obtenida muestra que a mayor concentración el índice aumenta, además de mostrar cierto comportamiento lineal. Experiencia 3 “Determinación de la concentración de una solución desconocida de etanol.” Determinar el índice de refracción de la solución desconocida con el refractómetro de Abe, este dato se interpola en la curva patrón obtenida en la experiencia 3. SOLUCION PROBLEMA:

η= 1.3485

Concentración=

22.3441

%

Y=

Y 1−Y O ( X−X O ) +Y O X 1− X O

Datos X= 1.3485

Y0 X0 Y1 X1

=19.56 =1.3464 =23.67 =1.3495 Y=

23.67−19.56 (1.3485 −1.3464 ) +19.56 1.3495−1.34 64 Y=22.3441

DISCUSIÓN

Las dos partes principales del instrumento del refractómetro de Abbe son el prisma de iluminación y el prisma de refracción. En óptica, un prisma es un objeto capaz de reflejar y/o refractar la luz. La refracción de la luz consiste en un cambio de dirección al cambiar de medio. Pero el cambio de dirección depende de la longitud de onda de la luz, y como la luz blanca que llega al prisma es una mezcla de radiaciones de diferentes longitudes de onda, cada una se refracta (es decir, cambia de dirección) en grado diferente. Se necesita mantener una temperatura constante por lo que se mantiene con un flujo de agua y la medición de un termómetro. Otros factores que afectan el índice de refracción aparte de la temperatura son la longitud de onda de la luz que incide, la presión, la estructura química de la sustancia y la concentración. En la experiencia número 1, se han tomado los índices de refracción de acuerdo con un adecuado contraste de la luz y el condensado, de cada una de las muestras como son jugo de naranja, jugo boing, el tequila, acetona, cloroformo, vino, hexano y el etanol. Comparando con los datos que ya se tienen registrados de los índices de cada sustancia se muestra una similitud al hacer nuestras propias lecturas en Brix. En la experiencia número 2, se hace una relación directa con el índice de refracción de una solución de etanol a diferentes concentraciones, donde es evidente una diferencia entre cada uno, al aumentar la concentración de la solución, aumenta el índice de refracción. En la experiencia número 3, se relaciona el índice de refracción de una sustancia desconocida, en este caso fue etanol, con la concentración de éste en agua. Al hacer una interpolación en ambas curvas (el índice vs el porcentaje que se obtuvo, con el índice que el etanol tiene) se obtiene el porcentaje real que la sustancia tiene de etanol. CONCLUCIONES

El refractómetro es un instrumento indispensable en muchos otros sectores como el de la industria química, para controlar la fabricación de detergentes, anticongelantes, ambientadores, perfumes, colas, o emulsiones, entre otros muchos productos. Identificar una sustancia, verificar su grado de pureza, analizar el porcentaje de soluto disuelto en una determinada solución, son algunas de sus funciones.

También se trata de instrumentos muy importantes como medidor de azúcar en alimentos, dentro de la industria alimentaria de productos líquidos, y control de operaciones durante la producción de zumos, refrescos, lácteos, salsas, confituras, o refinado de azúcar. Siendo la refractometría una propiedad de tipo intensiva se pudo notar las variaciones con respecto a la concentración de las soluciones, siendo uno de los parámetros que hacen cambiar el índice de refracción. El índice de refracción varía de acuerdo con las diferentes concentraciones que se tengan. El índice de refracción nos permite calcular la concentración de una solución que se desconoce, así como el tipo de solución que se tenga.

CUESTIONARIO

1. Calcular la refracción molecular de las sustancias puras utilizando las contribuciones atómicas y de enlace. AGUA DESTILADA H=2X1.100=2.2 O=1X1.525=1.525 R=3.725 ETANOL C=2X2.418=4.836 H=6X1.100=6.6 O= 1X1.525=1.525 R=12.9585 ACETONA C=3X2.418=7.25 H=6X1.100=6.6 O=1X2.211=2.211 R=15.96

TETRACLORURO DE CARBONO C= 1X2.418=2.418 Cl=4X5.967=23.86 R=26.278 h-HEXANO C=6X2.418=12.8508 H=14X1.100=15.4 R=28.25 CLOROFORMO C=1X2.418=2.418 H=1X1.100=1.100 Cl=3X5.967=17.901 R=21.419

2. Calcular el peso molecular de las sustancias puras utilizando la ecuación de Lorentz y Lorenz (5), con los datos experimentales de densidad y la refracción molecular calculada en el punto anterior. AGUA DESTILADA 3.725(0.9436) M= =17.087 (1.3332−1) (1.3332 +2)

TETRACLORURO DE CARBONO 26.278(1.5011) M= =167.01 (1.3884 2−1) 2 (1.3884 +2)

ETANOL 12.958(0.7460) =43.60 M= (1.36182−1) (1. 36182 +2) ACETONA 15.96(0. 7499) M= =54.22 (1.3 62−1) (1.3 62 +2)

h-HEXANO 28.25(1.4047) =172.53 M= (1. 3772−1) (1.3 772 +2) CLOROFORMO 21.419(1.4011) M= =112.75 (1. 4452−1) (1. 4452+ 2)

3. ¿Qué relación existe entre el índice de refracción y temperatura? Al aumentar la temperatura el índice de refracción disminuye, debido a la disminución de la densidad y constante dieléctrica del medio. 4. ¿Cuál es la dependencia del índice de refracción con la concentración? Todos los aumentos en concentración harán que el índice de refracción se incremente. 5. ¿El índice de refracción es una propiedad intensiva o extensiva? Es intensiva debido a que el valor obtenido no dependerá de la cantidad de materia puesta en el refractómetro, es decir si ponemos 1 ml en el prisma del refractómetro no cambiara el valor de la medición si ponemos 3 ml. Además las propiedades intensivas pueden servir para identificar y caracterizar una sustancia pura y el índice de refracción cumple esta función. 6. ¿Qué otras propiedades físicas se necesitan para identificar completamente a una sustancia liquida? Punto de ebullición, olor, color, viscosidad, solubilidad etc. 7. ¿Qué valor tiene el índice de refracción en el vacío y en el aire? El valor del índice de refracción en el vacío es igual a la unidad y en el aire es aproximadamente igual a 1. 8. ¿Puede ser el índice de refracción menor que la unidad? Fundamente su respuesta El índice de refracción de una sustancia se define por la relación n = c/υ donde c es la velocidad de la luz en el vacío y υ es su velocidad en el medio dado (evidentemente n > 1). 9. ¿De qué factores depende la refracción molecular?

De la densidad de nuestras soluciones. 10. ¿Cómo se obtiene la luz monocromática? Se generan los electrones por medio del calentamiento de un filamento y luego los aceleramos en un campo electromagnético, los electrones de alta energía chocan con un ánodo con suficiente velocidad para penetrar las capas electrónicas externas del material del ánodo. 11. Mencione algunas aplicaciones del índice de refracción en su área profesional Por lo general los refractómetros se usan para supervisar o regular una concentración o para el control de calidad por toma de muestras. Los refractómetros proporcionan datos en tiempo real para el control de calidad cumpliendo con las buenas prácticas de fabricación. Determinar el contenido de azúcar de líquidos, dispersiones, emulsiones y otras sustancias traslúcidas. BIBLIOGRAFÍA

Castellan, G. W. (1998). Fisicoquímica. Pearson Educación. (pág. 174) Serway, R. (2008) Física para ciencias e ingeniería. D.F, México: Cengage Learning. Capítulo19...