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• Lucía Molina Ramírez

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PRÁCTICA Nº8 DENSIDAD E ÍNDICE DE REFRACCIÓN DE SISTEMAS BINARIOS LÍQUIDOS A DIFERENTES TEMPERATURAS 1. OBJETIVOS: 

Determinar las densidades de mezclas de sistemas binarios de líquidos por picnometría a diferentes.



Determinar los índices de refracción de mezclas de sistemas binarios de líquidos a diferentes temperaturas.



Construir graficas patrón de densidad vs composición a diferentes temperaturas.



Construir graficas patrón de índice de refracción vs composición a diferentes temperaturas.



Determinar la composición de la nueva “muestra problema” conociendo su densidad y/o su índice de refracción.



Calcular los volúmenes de cada solvente empleado para preparar la “muestra problema”.



Calcular la refractividad molecular para los solventes puros con la Ecuación De Lorentz – Lorentz.



Calcular el índice de refracción de las mezclas y compararlas con las experimentales.



Calcular la refractividad molecular de las mezclas.

2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA: INDICE DE REFRACCION: 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 refracción, que consiste en el cambio de dirección del haz. Para esto se utiliza el llamado índice de refracción del material, que nos servirá para calcular la diferencia entre el ángulo de incidencia y el de refracción del haz (antes y después de ingresar al nuevo material).

El efecto de la refracción se puede observar fácilmente 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 dirección al salir del agua, debido a la diferencia de índices de refracción entre el agua y el aire. Se utiliza la letra n para representar el índice de refracción del material, y se calcula por la siguiente fórmula:

𝑛=

𝐶0 𝑣

Dónde: 𝑛 = í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑒𝑛 𝑐𝑢𝑒𝑠𝑡𝑖ó𝑛 𝐶0 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑢𝑧 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑣𝑎𝑐í𝑜 (3 𝑥 108 𝑚/𝑠) 𝑣 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑢𝑧 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑒𝑛 𝑐𝑢𝑒𝑠𝑡𝑖ó𝑛 Es decir que es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en el medio. Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre menor que en el vacío, el índice de refracción será un número siempre mayor que 1. En el vacío: n=1 En otro medio: n>1 Ley de refracción (Ley de Snell) n1 . sen a1 a n2 . sen a2 𝜶𝟏 𝜶: Ángulo entre el haz incidente y la normal (perpendicular) a la superficie 𝜶𝟐 𝜶: Ángulo entre el haz refractado y la normal a la superficie

El ángulo de incidencia

1 es

igual al ángulo de relexión

1'

Reflexión total interna Para que todos los haces de luz se mantengan dentro del núcleo debe darse la reflexión total interna, y esta depende de los índices de refracción y del ángulo de incidencia: Ejemplo: n1=1.5

n2=1.3

n1 . sen α1 = n2 . sen α2 1.5 . sen α1 = 1.3 . sen 90o (sen 90o =1) sen α1 = 1.3 / 1.5 =>

α1 > 60o

Entonces, para que todo el caudal de luz se propague dentro de la fibra, en el ejemplo el ángulo de incidencia debe ser mayor o igual a 60o . Nota: Una fibra necesariamente debe tener revestimiento (cladding), puesto que si no lo tuviera, a pesar de seguir cumpliéndose que el índice del núcleo es mayor que el del revestimiento que sería el vacío, ante cualquier suciedad o cuerpo que se adhiriera a la fibra, en dicho punto ya no se cumpliría esa condición y se produciría una pérdida por refracción hacia afuera. Apertura numérica Es un indicador del ángulo máximo con que un haz de luz puede ingresar a la fibra para que se produzca la reflexión total interna:

AN = sen α siendo el medio externo aire o vacío

Entonces, a mayor AN, mayor es el ángulo de aceptancia.

Cono de aceptancia

3. MATERIALES: 3.1.1. Materiales 

2 termómetros de 0-100°C



2 buretas de 25 mL.



2 soportes universales con porta buretas dobles de Fisher.



2 embudos pequeños



2 Beakers de 50 mL.



10 fiolas de 50 mL.



04 fiolas de 25 mL.



01 balanza analítica con una exactitud de +/- 0.1 mg.



03 picnómetros de 5 mL.



02 pisetas



08 micro pipetas o goteros

3.1.2. Equipos 

01 refractómetro de Abbe, nomo o binoculares provistos de termómetro



02 termostatos de temperatura regulable.



01 compresora de aire.

3.1.3. Reactivos 

02 líquidos con índice de refracción y densidad diferentes no menor del orden de 0.04. Ejemplo: isopropanol e isobutanol.



Acetona para lavar



Papel tisú para lentes, franela fina limpia o trozos de papel filtro cualitativo.



Acetona, q.p.



Benceno, q.p.

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: 4.1. Preparación de muestras:  Se prepara las muestras con los volúmenes específicos en la tabla Nº 2.1.medidos a una determinada temperatura ambiente a la cual se conoce la densidad de los componentes puros. Se rotula las muestras del 1 al 7.  El Profesor de Practicas prepara la muestra 8, con los volúmenes que solo él conoce.  Registrar en la Tabla Nº 1 los datos e información bibliográficos de los componentes puros. Asignado el numero 1 a la muestra de menos índice de refracción. 4.2. Medición del índice de refracción y de las densidades de las 8 muestras a la temperatura 1: a) Manejo de refractómetro de Abbe:  Conecte los terminales a la chaqueta de los prismas del refractómetro al baño termostatito regulado a la temperatura 1 del experimento.  Verifique la instalación del termómetro en el refractómetro.  Haga circular el agua en el sistema termostato-refractómetro y verifique las temperaturas idénticas. b) Colocación de la muestra:  No tocar los prismas con la pipeta, gotero o con sus dedos.  Asegúrese de que los prismas estén limpios y secos. Limpie suavemente con papel tisú para lentes o franela fina, si es necesario humedecida con acetona o con benceno.  Limpiar con una gota de muestra.  Colocar una o dos gotas de la muestra sobre el prima inferior, con una pipeta o gotero.  Rote la prima superior y ajuste la posición. Haga esta operación rápidamente para evitar la pérdida excesiva de muestra por evaporación, c) Lectura del índice de refracción.  Usar una bombilla de sodio de 25-100 Watts si está disponible. De lo contrario ubicar el refractómetro orientado hacia la ventana.  Ajustar el espejo para lograr la máxima iluminación del campo.

 Ajustar el área observada de tal manera que se tenga una precisa imagen de la cruz formada por los filamentos.  Girar el manubrio inferior hasta que la división entre los campos claro y oscuro sea localizada.  Ajustar el compensador de AMICI hasta que la división entre los campos claro y oscuro sea nítida.  Girar el manubrio hasta q la línea de división entre el campo claro y oscuro coincida con la intersección de los filamentos cruzados.  Leer el índice de refracción hasta la cuarta cifra decimal. La última cifra decimal es estimada.  Limpiar los prismas después de cada uso.  Repetir la lectura con el resto de las muestras y finalmente con la muestra problema. 4.3. Determinación de la densidad de las muestras por picnometría a la temperatura t1.  Pesar los picnómetros y su tapa limpios y secos. Anotar.  Llenar totalmente los picnómetros con las muestras respectivas, termostatizar a la temperatura t1 por 5 minutos.  Verificar que el picnómetro este lleno incluido el capilar de la tapa. Si ello no se cumple rellenar y termostatizar por 2 minutos adicionales. Comprobar que esté completamente lleno. Secar externamente. Pesar. Anotar.  Repetir el procedimiento con el resto de muestras a la temperatura t1.  Proceder de lamisca manera a la otra temperatura. 5. DATOS EXPERIMENALES, DATOS BIBIOGRÁFICOS, CALCULOS, RESULTADOS Y/O GRAFICAS: 5.1.

TABLA N°1: DATOS BIBLIOGRAFICOS DE LOS COMPONENTES PUROS:

COMPONENTE

Isopropanol Cloroformo

FÓRMULA

PM, g/mol

% de pureza

𝜌, g/mL (25°C)

𝜂D, (20°C)

5.2.

TABLA N°3.1: DATOS EXPERIMENTALES, CALCULOS DE %V1, %W 1 Y X1 DE LAS MUESTRAS Y PARA LA MUESTRA PROBLEMA “8” A LA TEMPERATURA t3 = 20°C. VOLUMEN, mL 𝜂D

MUESTRA Isopropanol cloroformo 1 2 3 4 5 6 7 “8” “8”

%V1

%W 1

X1

6. CONCLUSIONES: 

se logró determinar los índices de refracción de mezclas de sistemas binarios de líquidos a diferentes temperaturas.



Se construyó graficas patrón de volumen vs índice de refracción a diferentes temperaturas.



Se construyó graficas patrón de fracción molar vs índice de refracción a diferentes temperaturas.



Se logró determinar la composición de la nueva “muestra problema” conociendo su densidad y/o su índice de refracción.



Se logró calcular los volúmenes de cada solvente empleado para preparar la “muestra problema”.



Se calculó la refractividad molecular para los solventes puros con la Ecuación De Lorentz – Lorentz.



Se calculaó el índice de refracción de las mezclas y compararlas con las experimentales.



Se calculó la refractividad molecular de las mezclas.

7. RECOMENDACIONES: 

Leer atentamente la guía de práctica y estar atento a las explicaciones que brinda el profesor de práctica.



Usar de manera adecuada el equipo para leer el índice de refracción.

8. BIBLIOGRAFIA: 

http://www.yio.com.ar/fo/indiceref.html

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BURMISTROVA, O. A. Y OTROS… “PRACTICAS DE QUIMICA FISICA”. Edit. MIR. Moscú. URSS. 1977.

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CRC Handbook of Chemistry and Physics. RCWeast, Edit. CRC Press, Inc. Boca. Raton. F.L.

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GRANADOS R, C. S. T OTROS… “MANUAL DE EXPERIMENTOS DE FISICO QUIMICA” DAIQ. FIQM. UNSCH. Ayacucho. Perú. 1992.

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LEVITT, B. “QUIMICA FISICA PRACTICA DE FINDLAY” Edit. Reverté, S. A. Barcelona. España.