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Portada UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL Departamento Académico de Ingeniería Química

“INFORME N° 04: INDICE DE REFRACCION” GRUPO N° 07

INTEGRANTES:

AVILA OLORTEGUI JHEFER ANTONIO BARRERA GOMEZ JHON ROBIN. MANTARI MONDALGO CESAR ENRIQUE.

DOCENTES:

Ing. Olga Bullón Camarena Ing. Marcos Surco Álvarez LIMA – PERÚ 2018

ÍNDICE GENERAL Portada................................................................................................................................ 1 INFORME N°04 DE LABORATORIO FISICOQUIMICA I: ÍNDICE DE REFRACCIÓN. ........ 3 I.

OBJETIVOS............................................................................................................... 3

II.

FUNDAMENTO TEÒRICO: .................................................................................... 3

i.

REFRACCIÒN: .............................................................................................................. 3

ii.

INDICE DE REFRACCIÒN: ....................................................................................... 3

iii.

TEMPERATURA EN LAS MEDICIONES DE ÍNDICE DE REFRACCIÓN: ................. 4

iv.

LA LEY DE SNELL: ................................................................................................... 4

v.

EL REFRACTOMETRO: ............................................................................................ 5 III.

i.

PARTE EXPERIMENTAL ....................................................................................... 5

Datos experimentales .................................................................................................... 5 IV.

CÁLCULOS ............................................................................................................ 6

V.

OBSERVACIONES ................................................................................................ 8

VI.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS............................................................................. 9

VII.

CONCLUSIONES ................................................................................................... 9

VIII. IX.

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 10 ANEXOS .............................................................................................................. 11

ÍNDICE DE FIGURAS FIG 1 refractómetro digital con termómetro incorporado. _____________________________________________ 5 FIG 2 Gráfica de Índice de refracción vs concentración a 23C ___________________________________________ 6 FIG 3 Vista de las ecuaciones obtenidas del índice de refracción. Con ayuda de la aplicación obtenemos las gráficas requeridas. ___________________________________________________________________________ 8 FIG 4 Gráfica índice de refracción vs concentración, a temperaturas de 23, 20 y 25C , siendo las dos últimas obtenidas por la corrección. _____________________________________________________________________ 8

INFORME N°04 DE LABORATORIO FISICOQUIMICA I: ÍNDICE DE REFRACCIÓN.

I. 

OBJETIVOS

Adquirir destreza en el manejo del refractómetro manual con termómetro incorporado para la medición del índice de refracción de líquidos puros y soluciones. Estudiar el índice de refracción de líquidos puros y soluciones en función de la temperatura. Determinar la concentración de una sustancia disuelta a partir del índice de refracción.

 

II.

i.

FUNDAMENTO TEÒRICO:

REFRACCIÒN:

(Santiago Burbano de Ercilla, 2003) Es el cambio de dirección que experimenta una onda (luz) al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. ii.

INDICE DE REFRACCIÒN:

(Raymond A. Serway, 2002) En general la rapidez de la luz en cualquier material es menor que su rapidez en el vacío. En efecto, la luz viaja su máxima rapidez en el vacío, es conveniente definir al índice de refracción n de un medio como la relación. 𝒓𝒂𝒑𝒊𝒅𝒆𝒔 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒍𝒖𝒛 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝒗𝒂𝒄𝒊𝒐.

n = c/v =𝒓𝒂𝒑𝒊𝒅𝒆𝒔 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒍𝒖𝒛 𝒆𝒏 𝒆𝒍 𝒎𝒆𝒅𝒊𝒐.

(Raymond A. Serway, 2002) A partir de esta definición vemos que el índice de refracción es un numero adimensional mayor a la unidad, ya que la velocidad en cualquier medio que no es el vacío siempre es menor a c.

3

iii.

TEMPERATURA EN LAS MEDICIONES DE ÍNDICE DE REFRACCIÓN:

(Juana, 2007) El índice absoluto de refracción varía con la temperatura, obedeciendo con bastante aproximación a la ley empírica

(nɻ-1) (1+Kt)=cte.

(Juana, 2007) En la que K es el coeficiente de dilatación cubica, t la temperatura en grados centígrados y nɻ el índice de refracción absoluto de un medio, para una radiación de cierta longitud de onda. En general, el índice disminuye al aumentar la temperatura. (MetAs y Metrologos Asociados, 2008) La temperatura es un parámetro de influencia en las mediciones de índice de refracción, ya que en la mayoría de los líquidos éste disminuye aproximadamente 0,00045 al aumentar 1 ºC, mientras que en los sólidos disminuye únicamente 0,00001 por cada 1 ºC; el agua disminuye 0,00010 por cada 1 ºC. En general la disminución del índice de refracción con el aumento de temperatura se debe a la disminución de la densidad y constante dieléctrica del medio. iv.

LA LEY DE SNELL:

(Raymond A. Serway, 2002) Es una fórmula simple utilizada para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz (o cualquier onda electromagnética) con índice de refracción distinto. Esta dada por:

Sean n1 y n2 son los índices de refracción de los medios. Los ángulos θ son los ángulos que se forman con la línea normal siendo: θ1: El ángulo de la onda incidente. θ2: El ángulo de la onda refractada.

4

v.

EL REFRACTOMETRO:

(ATAGO CO.,LTD, 2005) El refractómetro es un instrumento óptico que se utiliza para determinar índice de refracción de una sustancia. Esto refiere a menudo a una cierta característica física de una sustancia que se relacione directamente con su índice de refracción. Ciertos tipos de refractómetros se pueden utilizar para medir gases, líquidos por ejemplo aceites o sólidos a base de agua, e incluso transparentes o translúcidos por ejemplo piedras preciosas. Está constituido por 3 partes:   

FIG 1 refractómetro

Lámpara: Es una fuente de radiación. digital con termómetro incorporado. Escalas: Proporciona los valores de índice de refracción Prisma: Es un pequeño bloque de material de vidrio con dos superficies planas y pulidas, diseñado para controlar ángulos con mayor precisión.

III. i.

PARTE EXPERIMENTAL

Datos experimentales

Tabla 1 Datos obtenidos en la experiencia: concentración, índice de refracción y temperatura. Concentración de ETANOL en %Vol

Temperatura en Celsius

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

23 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23

Índice de refracción 1,3332 1,3347 1,3353 1,3374 1,3342 1,3347 1,3361 1,3373 1,3351 1,3352 1,3600

5

1.365

Índice de refracción

1.36 1.355 1.35 1.345 1.34 1.335 1.33 1.325 0

20

40

60

80

100

120

Concentración de ETANOL en %Vol Índice de refracción

Linear (Índice de refracción)

Log. (Índice de refracción)

FIG 2 Gráfica de Índice de refracción vs concentración a 23C

IV. CÁLCULOS Ahora con ayuda de la gráfica 1 y la tabla 1, propondremos una función que se ajusta a las mediciones mediante el método de mínimos cuadráticos, sabiendo que: ∑ 𝑛 = 𝑎 ∑ 𝑉% + 𝑏 ∗ 𝑘 ∑ 𝑛 ∗ [𝑉] = 𝑎 ∗ ∑ 𝑉%2 + 𝑏 ∗ ∑ 𝑉% Apoyándonos de las funciones de Excel tenemos: ∑ 𝑉%

550,00000

∑𝑛

14,71320

∑ 𝑛 ∗ 𝑉%

737,031

∑ 𝑉%2

38500

k

11

Reemplazando y operando el sistema de ecuaciones: 14,71320 = 𝑎 ∗ 550,00000 + 𝑏 ∗ 11

6

737,03100 = a ∗ 38500 + b ∗ 550,00000 Obteniendo: 𝑎 = 1.24636363 × 10−4 ∗, 𝑏 = 1,331331818 De esta manera, la ecuación lineal aproximada resultaría: 1.24636363 × 10−4 ∗ 𝑉% + 1,331331818 = 𝑛 Con esta ecuación podemos obtener el valor del porcentaje de volumen de la muestra de concentración desconocida de etanol, cuyo n=1,3356 a 23 C (revisar hoja de datos). V%=3,42450785*10^(-3)% Para la corrección del índice de refracción con respecto a la temperatura, utilizamos la siguiente relación: 𝑑𝑛 = −0,00045 𝑑𝑇 𝑛𝑓 − 𝑛𝑖 = −0,00045(𝑇𝑓 − 𝑇𝑖) 

Para una corrección de la temperatura a 20 grados: 𝑛𝑓 = −0,00045(20 − 23) + 1.24636363 × 10−4 ∗ 𝑉% + 1,331331818 𝑛(20𝐶) = 1.24636363 × 10−4 ∗ 𝑉% + 1,332681818 Con el valor de la concentración de la muestra de etanol, reemplazamos en la ecuación obtenida para temperatura de 20 grados. 𝑛𝑥(20𝐶) = 1.24636363 × 10−4 ∗ (3,42450785 ∗ 10^(−3)) + 1,332681818 𝑛𝑥(20𝐶) = 1,332682245



Para una corrección de la temperatura a 25 grados: 𝑛𝑓 = −0,00045(25 − 23) + 1.24636363 × 10−4 ∗ 𝑉% + 1,331331818 𝑛(25𝐶) = 1.24636363 × 10−4 ∗ 𝑉% + 1,330431818 Con el valor de la concentración de la muestra de etanol, reemplazamos en la ecuación obtenida para temperatura de 25 grados. 𝑛(25𝐶) = 1.24636363 × 10−4 ∗ (3,42450785 ∗ 10^(−3)) + 1,330431818 𝑛𝑥(20𝐶) = 1,330432245

7

FIG 3 Vista de las ecuaciones obtenidas del índice de refracción. Con ayuda de la aplicación obtenemos las gráficas requeridas.

FIG 4 Gráfica índice de refracción vs concentración, a temperaturas de 23, 20 y 25C , siendo las dos últimas obtenidas por la corrección.

V.

OBSERVACIONES

• Mediante dos grupos se llevó a cabo este experimento a distintas concentraciones de 0 a 100 de concentración de alcohol etílico, para poder obtener el índice de refracción en el refractómetro se le añadía como máximo 3 gotas para que la suficiencia de gota en el refractimetro NO saliera (NNN) ya que indica muy poca cantidad Se preparó cada solución en pequeñas cantidades ya que teniendo como fin la concentración y no tanto la cantidad en que pudiese evaluarse ( Vsol = 1ml ) • También tomar como referencia el lugar donde se coloca el refractómetro ya que al colocarle sobre un lugar sobre donde incide mucha luz no es conveniente ya que afectaría el índice de refracción y tendríamos más errores, lo más conveniente es colocarle a media luz para así obtener mejores resultados en el índice de refracción

8

•Aclaramos también que para poder obtener el índice de refracción debemos de efectuar de una manera correcta y que sobre el refractómetro las gotas de sustancia de cada concentración tratar que solo llegue a la luna del refractómetro

VI. DISCUSIÓN DE RESULTADOS • Se puede llevar a acabo que mediante la tabla muestra una relación inversa de la temperatura con el índice de refracción, esto se refleja en un aumento de velocidad • al abordar la problemática a una temperatura diferente se pudo comprobar que mediante la ecuación de brix nos permite una aproximación entre la relación de temperatura y el índice de refracción, valida dentro del rango de -30°C a 70°C • con los datos observamos que hay una pequeña aproximación a lo teórico, se pudo llegar a un error tal vez por un mal uso de los recipientes y también de repente por la cantidad en que se utilizó ya que se trabajó como volumen de solución (1ml)

VII. CONCLUSIONES • Se puede llegar a un error dependiendo en el momento de la realización del experimento índice de refracción ya que como sabemos el alcohol etílico es un líquido muy volátil que trata de evaporarse por ende se puede inferir que pueda haber perdido un poco de concentración • Se puede inferir también que a medida que se aumenta de concentración el índice de refracción que marca en el refractómetro aumenta esto debido a que el rayo que viaja en el aire se penetra en otro medio cada vez con más dificultad • Por simple inspección del método inductivo se puede a llegar a que la una relación inversamente proporcional al índice de refracción

temperatura posee

9

VIII.

BIBLIOGRAFÍA



ATAGO CO.,LTD. REFRACTOMETRO.



Juana, J. M. (2007). FISICA GENERAL VOLUMEN III. MADRID: PEARSON PRENTICE HALL.



MetAs y Metrologos Asociados. (2008). Metrologia de refraccion. La guia MetAs, 7-8.



Raymond A. Serway, R. J. (2002). fisica para ciencias e ingenieria . mexico: McGRAWHILL.



Santiago Burbano de Ercilla, C. G. (2003). Física general. Madrid : Editorial Tebar, S.L.

(2005).

ATAGO.

Fundacion

atago

MANEJO

DEL

10

IX.

i.

ANEXOS

Manejo del Refractómetro

1. PARTES:

(1) Pantalla de cristal líquido (LCD)

(2)

(3) Botón de encendido

Lugar de muestra

(4)

(5)

la

Botón ZERO

Cobertura de la batería

11

Pantalla de cristal líquido (LCD) Muestra los valores medidos y el indicador de batería. (1) Receptáculo para la muestra El prisma se encuentra en el centro del lugar de la muestra de acero inoxidable. (2) Botón de encendido Pulse para iniciar la medición. Para apagar el instrumento, presione y mantenga presionado durante dos segundos. (3) Botón ZERO Pulse para calibrar el cero. (4) Cobertura de la batería Retire el casco de las pilas para insertar o cambiar la batería 2. CALIBRAR AL CERO:  Realizar la calibración una vez al día.  La temperatura del agua destilada utilizada para la calibración debe ser la misma



que la temperatura ambiente y no debe exceder los 40°C, sino deje que la temperatura se ajuste a la temperatura del prisma antes de pulsar el botón ZERO. Cuando aparezca el mensaje de advertencia (nnn) en la pantalla LCD después de la calibración, cubra con la mano a una distancia de 2 cm y luego presione el botón ZERO.

(1) Preparar agua destilada. (2) Limpie la superficie del prisma. (3) Coloque aproximadamente 0.3 ml de agua sobre la superficie del prisma (4) Pulse la botón de encendido para iniciar la medición. El índice de refracción y los

valores de temperatura se mostrará después de 3 segundos. (5) Mantenga el agua en la superficie del prisma y presione la tecla ZERO. (6) Después de parpadear 3 veces, se mostrará en la pantalla [000]. (7) [000] debe aparecer después de pulsar la tecla ZERO, lo que indica que el la calibración se ha completado con éxito. Limpie el agua de la superficie del prisma con papel tissue. El refractómetro está listo para la medición de la muestra. 3. MÉTODO DE MEDICIÓN  No utilice herramientas de metal. El metal puede dañar la superficie del prisma.  La temperatura de la muestra debe ser la misma que la temperatura ambiente. Si la

temperatura es diferente, deje que la temperatura de la muestra se ajuste a la temperatura del prisma antes de pulsar el botón de encendido para realizar una medición.  Evite el contacto del instrumento con una muestra de más de 40°C.  Si aparece el mensaje de advertencia [nnn] en la pantalla LCD limpie el lugar de la muestra y presione el botón de encendido. 12

(1) Limpiar la superficie del prisma (2) Coloque aproximadamente 0.3 ml de muestra en la superficie del prisma (3) Pulse el botón de encendido (4) Después tres segundos, aparecerá el índice de refracción y los valores de

temperatura en la pantalla. (5) El valor de la medida se mostrará durante unos 2 minutos. Para desactivar la visualización, presione y mantenga presionada la tecla START durante 2 segundos aproximadamente (6) Retire la muestra y limpiar con papel tissue. Use agua para eliminar cualquier resto de la muestra. Seque cualquier exceso de humedad con un pañuelo limpio y seco. 4. MENSAJES DE

ERROR [AAA] error al calibrar [LLL] error de muestreo, medición o error de batería [HHH] fuera de rango [ ] error de temperatura

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