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DEPENDENCIA DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN 1

Dependencia del índice de refracción en la concentración y temperatura en Solución de electrolitos, solución polar, solución no polar y solución de proteínas Daniel Isaac Alarcón Tesen Jarek Jhoel Alejandro Zarate Stephanie Nicolle Gonzales Cárdenas Keyla Guarniz Vásquez Yadhira Leslie Olivera Flores Alejandra Carolina Zamora Urbina

Departamento Académico de Ingeniería Química, Universidad Nacional de Ingeniería QU-427: Fisicoquímica Ing. Olga Bullón Camarena Ing. Marco Surco Alvarez Julio 16 de 2020

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1. ¿Cuál es el objetivo del artículo? El objetivo de este artículo es el estudio e investigación de la dependencia simultánea del índice de refracción de la concentración (an/ac) y de la temperatura (an/aT) en algunas soluciones acuosas típicas, tales como solución de electrolitos, solución polar, solución no polar y solución de proteína. Para ello se buscaría encontrar primero las expresiones empíricas que incluyen los coeficientes de concentración y temperatura para las seis soluciones. 2. ¿Cuál es el principio de medición del refractómetro utilizado? El refractómetro AHC5-2WAJ Abbe es un instrumento de sobremesa que nos permite de manera rápida y precisa determinar el índice de refracción nD (entre 1.300 y 1.700),así también este refractómetro nos permite determinar el contenido de azúcar en líquidos, emulsiones, dispersiones, y otras sustancias. Este refractómetro puede determinar el índice de refracción en un rango de temperatura de 0 a 70°C con un termómetro incluido. La temperatura se controla mediante un termostato externo con unos adaptadores de tubo de agua incorporados en los prismas inferior y superior. No obstante, su ámbito de uso es más amplio esto significa que le refractómetro tiene la capacidad de medir y analizar lípidos, aceites, lacados, pinturas, alimentos, sustancias químicas, alcohol y disolvente.

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Figura 1. Abbe-2WAJ Refractometer Copyright 2020 por PCE int.

3. ¿Cuál es procedimiento de medición según el refractómetro utilizado?

Tres soluciones de electrolitos (NaCl, KCl y CaCl2) de diferentes fracciones de masa (kg /

kg, 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%) fueron preparados mediante la disolución

de los electrolitos en agua destilada. 

Solución de glucosa de diferentes fracciones de masa (kg / kg, 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 30%, 40%, 50%) se prepararon disolviendo la glucosa en agua destilada.



Solución proteica de diferentes fracciones de masa (kg / kg, 0,5%, 1%, 1.5%, 2%, 2.4%, 2.9%, 3.4%, 3.8%) se prepararon disolviendo albúmina de suero bovino en agua destilada.



Solución de acetato de etilo de diferentes fracciones de masa (kg / kg, 0.9 %, 2.7%, 4.5%, 6.4%, 8.2%) se prepararon disolviendo acetato de etilo en agua destilada. Los índices de refracción de las soluciones a diferentes temperaturas, (293.15, 298.15, 303.15, 308.15, 313.15 y 318.15) K, se midieron utilizando un refractómetro AHC5-

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2WAJ Abbe con un controlador de temperatura a una longitud de onda de 589,3 nm. El refractómetro puede medir el índice de refracción que varía de 1.3000 a 1.7000 con una precisión de ± 0.0001. Se calibró con agua destilada y etanol antes de cada medición. Considerando que las seis soluciones eran soluciones acuosas, también medimos la dependencia de la temperatura de RI en agua destilada. 4. En base a datos publicados en la literatura (libros o manuales), compare los valores de índice de refracción en función de la temperatura para el agua y estime la desviación porcentual. En base a los datos de la empresa “TWISTER MEDICAL” acerca del manual del refractómetro de Abbe modelo 320 de la marca “ZUZI” tenemos la siguiente tabla para el índice de refracción del agua en función de la temperatura:

Figura 2. Abbe Refractometer MOD 320 Copyright 2020 por Dilabo,s.a.

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Características del equipo: -Modelo 320 -Referencia: 50320000 -Rangos del índice de refracción: 1.3000-1.7000mD -Brix: 0-95% -Precisión del índice de refracción: ±0.0005nD -Precisión Brix: ± 0.20% -Medidas: 200x120x300mm -Peso: 5Kg -Alimentación: 220CA ,50-60 Hz Luego con los datos brindados del manual creamos una tabla del índice de refracción en función de la temperatura para el agua:

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Tabla 1 Tabla del Índice de Refracción en Función de la Temperatura para el Agua

Índice de Refracción

T°C

1.33369 1.33364 1.33358 1.33352 1.33346 1.33339 1.33331 1.33324 1.33316 1.33307 1.33299 1.3329 1.3328 1.33271 1.33261 1.3325 1.3324 1.33229 1.33217 1.33206 1.33194 1.33182 1.3317 1.33157 1.33144 1.33131 1.33117 1.33104 1.3309 1.33075 1.33061

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

Nota. Recup erado de Modelo 320. Copyright 2003 por Twister Medical.

Con estos datos

y

con

la

ayuda

de

Excel calculamos la desviación estándar: DESV. EST.

=

0.0094803

De este dato notamos que los datos son muy homogéneos sin embargo la temperatura influirá a la hora de realizar una medición. Luego con los datos de la tabla creamos una tabla de distribución:

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IND. REF vs T°C 1.33 1.33 1.33 1.33 1.33 1.33 1.33 1.33 1.33 1.33 1.33

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Figura 3. Gráfico de distribución, elaborado en Excel.

Analizando notamos que a medida de que la Temperatura aumenta, el índice de refracción disminuye, además de los datos notamos que cuando la temperatura aumenta en 1°C el índice de refracción disminuye aproximadamente 0.0001; esta disminución del índice de refracción con respecto al aumento de temperatura se debe a la disminución de la densidad y constante dieléctrica del medio.

Por lo tanto se puede concluir que la temperatura es un parámetro muy importante a la hora de realizar la medición del índice de refracción, esto se puede verificar ya que existe una ecuación para la corrección de los índices de refracción a diferentes temperaturas para la mayoría de líquidos orgánicos, con el factor de corrección más común que es 0.00045unidades/°C y tomando la temperatura de 20°C como base, la cual es:

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5. ¿Cuál es el efecto de la concentración y temperatura sobre el índice de refracción para cada sustancia? Las sustancias usadas son: cloruro de sodio, cloruro de potasio, cloruro de calcio, solución de glucosa, solución de acetato de etilo y solución de albumina de suero bovino. Efecto de la concentración En la figura 1 vemos que hay una relación directamente proporcional entre la concentración y el índice de refracción (al aumentar la concentración aumenta el índice de refracción) para cada una de las sustancias. La relación dn(índice de refracción)/dc(concentración) son casi iguales a todas las temperaturas. En el caso del cloruro de sodio, cloruro de calcio y la glucosa es aún más notorio (ligera o pequeña desviación) esta relación (figura 2). Efecto de la temperatura Notamos en la figura 1, que hay una relación inversamente proporcional entre la temperatura y el índice de refracción (al aumentar la temperatura disminuye el índice de refracción). La relación entre dn(índice de refracción)/dT(temperatura) y concentración va depender de la sustancia con la que se trabaja (figura 3): Para el caso del cloruro de sodio, acetato de etilo y la glucosa, guardan una relación inversa, ósea, al aumentar la concentración disminuye dn/dT. Para el caso del cloruro de potasio y cloruro de calcio, el valor de dn/dT sufre una ligera desviación (casi constantes). Por último, para la solución de albumina de suero bovino, guardan una relación directa, ósea, al aumentar la concentración aumenta dn/dT.

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Figura 1

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Figura 2

Figura 3

6. Referencias Bibliográficas

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

Dilabo, S.a.c. (2020). REFRACTÓMETRO DE ABBE, MOD. 320. 2020, de Dilabo Sitio web: http://www.dilabo.com/producto_25919_NombreProd.html



Chan-Yuan Tan and Yao-Xiong Huang. (2015). Dependence of Refractive Index on Concentration and Temperature in Electrolyte Solution, Polar Solution, Nonpolar Solution, and Protein Solution. 2020, de ACS Publications Sitio web: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jced.5b00018



PCE Instruments. (2020). Abbe-2WAJ Refractometer. 2020, de PCE Sitio

web:

https://www.industrial-needs.com/technical-data/refractometer-

abbe-2waj.htm 

Twister Medical. (2003). Model 320. 2020, de Twister Medical Sitio web: http://www.twistermedical.com/docs/refract-320.pdf