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• Alejandra Palma Solano

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Refractometria Refractometry Jennypher Rubiano1, Alejandra Palma1, Angélica Sánchez1, 1

Grupo 05, COD 411411411 Ingeniería Ambiental, Universidad de La Salle 1 Grupo 05, COD 4111186 Ingeniería Ambiental, Universidad de La Salle 1 Grupo 05, COD 411311311Ingeniería Ambiental, Universidad de La Salle

Fecha practica 23 de agosto, fecha entrega de informe 30 de agosto de 2017 Resumen En este laboratorio se encontró la relación que existe entre los ángulos formados; incidente y reflejado de un haz de luz que atraviesa una sustancia, conocido como el nombre de índice de refracción. En este análisis se utilizó el refractómetro de ángulo critico (refractómetro d Abbe). Se determinó el índice de refracción a las sustancias que se analizaron, fueron: agua, etilo de acetato, butil acetato, ácido acético, metanol y sustancia problema. Se calculó la densidad, refracción molar y refracción molar especifica. Donde se identificó el comportamiento entre la temperatura y el índice de refracción. Palabras claves: Índice de refracción, soluciones, densidad, peso molecular. Abstract In this laboratory the relationship between the formed angles was found; Incident and reflected from a beam of light passing through a substance, known as the refractive index number. In this analysis, the critical angle refractometer (Abbe refractometer) was used. The refractive index of the substances analyzed were: water, ethylene acetate, butyl acetate, acetic acid, methanol and test substance. The density, molar refraction and specific molar refraction are calculated. Where the behavior between the temperature and the refractive index was identified. Keywords: Refractive index, solutions, density, molecular weight.

1

1. Introducción

Específicos

La refractometría es un proceso de medición, por medio del cual se determina un valor específico de una sustancia: el índice de refracción a una determinada longitud de onda y temperatura. El fenómeno de la refracción se basa en el cambio de velocidad que experimenta la radiación electromagnética al pasar de un medio a otro, como consecuencia de su interacción con los átomos y moléculas del otro medio. Dicho cambio de velocidad se manifiesta en una variación en la dirección de propagación. La medida relativa de la variación entre dos medios tomando uno fijo como referencia se le conoce como índice de refracción η y en general está expresado con respecto al aire. El instrumento para su medición es básicamente un sistema óptico que busca medir el ángulo en que se ha desviado la radiación, utilizando para ello dos prismas: uno fijo de iluminación sobre el cual se deposita la muestra y uno móvil de refracción. Los prismas están rodeados de una corriente de agua termostatizada, ya que la temperatura es una de las variables que afecta a la medida. En este informe se aplicará la teoría de la refractometría para la determinación de etanol y sacarosa a partir de sus respectivos índices de refracción en una muestra problema y de la construcción de la curva de calibrado para conocer la ecuación que rige el fenómeno.







Determinar las distintas densidades de las sustancias por medio del picnómetro, así como también de las soluciones con sus respectivos porcentajes en peso de azúcar (a una temperatura constante). Determinar el índice de refracción con ayuda del refractómetro de Abbe (a una temperatura constante dada por el refractómetro). Realizar el balance de materia para la preparación de las diferentes diluciones.

2. Marco Teórico El fenómeno de la refracción consiste en la desviación de trayectoria que sufre un haz de radiación monocromática al pasar desde el vacío a otro medio material de distinta densidad. Un rayo de luz que pasa oblicuamente desde un medio hacia otro de diferente densidad, cambia su dirección cuando traspasa la superficie. Este cambio en la dirección se denomina refracción. Cuando el segundo medio es más denso que el primero, el rayo el rayo se aproxima a la perpendicular trazada sobre la superficie divisoria en el punto de incidencia.

OBJETIVOS General Identificar diferencias cualitativas y cuantitativas de las sustancias utilizadas en la práctica, con relación al índice de refracción y como sus propiedades fisicoquímicas las cuales influyen en su comportamiento.

Fig 1. representa a este índice como la razón de los senos de los ángulos

2

Cuando la luz pasa de un medio transparente a otro con un índice de refracción diferente, parte de la luz incidente se refleja en la frontera. El resto pasa hacia el nuevo medio. Si un rayo de luz incide en un ángulo con la superficie (de manera que no sean perpendiculares), el rayo cambia de dirección conforme entra al nuevo medio. Este cambio en dirección, o desviación, se llama refracción.

ha medido usando la línea D de emisión del sodio. Se puede definir una magnitud molecular, denominada refracción molar ( RM ), del modo siguiente (H.A. Lorentz y L.V. Lorentz, 1880):

n2−1 ∗M RM= n 2+2 ρ

El ángulo θ1 es el ángulo que el rayo incidente forma con la normal (perpendicular) a la superficie y se llama ángulo de incidencia. El ángulo θ2 es el ángulo de refracción, el ángulo que el rayo refractado forma con la normal a la superficie. Observe que el rayo se desvía hacia la normal cuando entra al agua. Éste siempre es el caso cuando el rayo entra a un medio donde la rapidez de 2 la luz es menor. Si la luz viaja de un medio a otro donde su rapidez es mayor, el rayo se desvía alejándose de la normal; esto se ilustra en la figura 5 para un rayo que viaja del agua al aire.

donde n es el índice de refracción, M es la masa molecular y ρ la densidad de la sustancia. Esta propiedad presenta, simultáneamente, carácter constitutivo y aditivo. APLICACIÓN DE LA REFRACTOMETRIA 1) Análisis cualitativo: Basado en el hecho de que el índice de refracción es una constante física característica de cada sustancia para una radiación de longitud de onda dada. 2) Análisis cuantitativo: La obtención de curvas de calibrado proporciona un procedimiento adecuado para analizar mezclas y disoluciones. 3. Procedimiento

Fig 2. La figura de la izquierda es la luz refractada del aire al gua, y la derecha es la luz refractada del agua al aire. El índice de refracción de un medio depende de la temperatura y de la longitud de onda de la radiación, por lo que al referirse a un índice de refracción han de especificarse los valores de estas magnitudes por ejemplo n20D significaría que el índice de refracción se 3

butilo Etilo acetato Etanol Acetona Ácido acético Metanol Muestra problema

4. Resultados y análisis Sustancias puras:

ρ=



picnometro lleno−picnometro vacio volumen del picnometro

Densida d (g/ml)

Agua Acetato de butilo

22°

0,1

22°

0,918

Etilo acetato

22°

0,93

Etanol

22°

0,842

Acetona

22°

0,816

Ácido acético 22°

1,097

Metanol Muestra problema

22°

0,832

22°

1,339

nD 1,33 2 1,37 2 1,37 2 1,36 3 1,35 7 1,37 5 0,33 2 1,46 8

Peso molecula r (g/mol)



18

nD 1,332 1,372

1,097 0,832

1,375 1,332

1,372 1,329

22°

1,339

1,468

1,463

Muestra problema

R:

46,068

Error (%) 0,33

Refracción molar (R):

88,11

nD2−1 ∗PM nD 2 +2 ρ

Ácido acético

58,08

2

60,05

R:

32,04

1,375 ∗60,05 2 12,52 1,375 =¿ 1,097

92,093

Compuesto

Cabe denotar que, si el que cuando el valor corrección es negativo, se suma a cada valor de la tabla 1 que obtuvo en el laboratorio para que así podamos tener una mayor precisión en los resultados

Compuesto Agua Acetato de

22° 22°

116,16

 Corrección nD corregido Corrección nD: nD teórico – nD experimental

Densidad (g/ml) 0,1 0,918

1.370 1,361 1,354

Sustancia nD problema (exp) nD (teo) Glicerina 1,468 1,473 Tabla 3. Muestra problema

Tabla 1. Resultados del índice de refracción por sustancia.

t (°C) 22° 22°

1,372 1,363 1,357

Según los datos obtenidos podemos decir que nuestra muestra problema es:

Volumen picnómetro: 10ml Peso picnómetro vacío: 12,13gr

t (°C)

0,93 0,842 0,816

Tabla 2. Ajuste de los valores del índice de refracción

Densidad (método de picnómetro)

Compuesto

22° 22° 22°

nD corregido 1,331 1,348

4

Fórmula

Agua Acetato de butilo Etilo acetato

H2O

Etanol

C2H6O

Acetona Ácido acético

C2H6O CH3COO H

Metanol Glicerina

CH3OH C3H8O3

C6H12O2 C4H8O2

°T 22 ° 22 ° 22 ° 22 ° 22 ° 22 ° 22 ° 22

Densida d

Peso molecula r (g/mol)

0,1

18

0,918

116,16

0,93

88,11

0,842

46,068

0,816

58,08

1,097

60,05

0,832 1,339

32,04 92,093

nD 1,33 2 1,37 2 1,37 2 1,36 3 1,35 7 1,37 5 1,33 2 1,46

Rd (exp) 36,924231 3 28,758952 2 21,532843 7 12,16526 15,590827 8 12,530889 3 7,8996552 6 20,364554

°

8

Tabla 4. Índice de refracción molar

Glicerina

C3H8O3

1,46 8

20,3645544

10,236 9

22,687

Tabla 6. Índices de refracción atómicos, experimentales y teóricos

Valor teórico de R



Mediante la refracción atómica, se halla el valor teórico de R. Refracción Átomo atómica ( R) (cm3/mol) H 1.100 O (hidroxilo 1.525 O (carboxilo) 2.211 C 2.418 Tabla 5. Valores teóricos de refracción atómica por cada mol 

Valor teórico R de la acetona: 24,9 cm3/mol

Rexp−Rteorico ∗100 Rteorico

Sustancias puras: Rd exp. (mL/mol)

Rd teórico (cm3/mol)

Error %

Agua

H2O

1,33 2

3,692423131

3,7

0,2047

Acetato de butilo

C6H12O2

1,37 2

28,75895215

32,13

10,491 9

Etilo acetato

C4H8O2

1,37 2

21,53284374

22,3

3,4401

Etanol

C2H6O

1,36 3

12,16525998

12,8

4,9589

Acetona

C2H6O

1,35 7

15,59082784

16,2

3,7603

Ácido acético

CH3COOH

1,37 5

12,53088928

12,9

2,8613

CH3OH

1,33 2

7,899655257

8,2

3,6627

Metanol

1,338 1,337 1,334 1,333

1,025 1,036 1,039 1,029

4% 3% 0,75% 0,1%

13% 6%

El Angulo con el que se refracta un rayo de luz al atravesar una superficie depende de los diferentes medios de propagación, de sus índices de refracción, y del ángulo con el que incide. Cuanto mayor sea la diferencia entre los medios n1 y n2 mas cerca de la perpendicular a la superficie.

Porcentaje de error

nD

22 22 22 22

solidos

1,353 1,342

ρ mezcla 0,985 1,017

En la práctica se realizó la determinación de la concentración de una muestra de alcohol que en este caso fue Ron y unas sustancias puras suministradas por la profesora; para lo cual se utilizó el método de refractometria.

O: 2.211*1: 2.211

Fórmula

Ron 10ml Ron + 10 ml agua 10 ml agua 10 ml agua 10 ml agua 10 ml agua

nD

La refractometria es una técnica que consiste en la medida del índice de refracción de un líquido con objeto de investigar su composición si se trata de una disolución o de su pureza si es un compuesto único.

H: 1.100*6: 6.6

Compuesto

muestra 1

T (°C) 22 22

Tabla 7. Dilución de agua destilada y Ron

Acetona = C2H6O

%Error=

Sustancia

2 3 4 5

C: 2.418*2: 4.836



Muestra

Como se puede observar en la tabla de las sustancias puras el porcentaje de error nos dio por debajo de 10, el único que está por encima de este dato es la sustancia problema, que en este caso es la glicerina, que se pudo determinar fácilmente por su densidad y el índice de refracción. Para el Ron se puede observar como su índice de refracción disminuye al igual que los solidos aumentan a medida que se le agregaron los 10 ml de agua destilada, esto

5

se debe a que su densidad varia con este fenómeno de refracción. REFERENCIAS [1]http://virtual.ffyb.uba.ar/file.php/29/M4 /FUND_M4_REFRACTO.pdf [2]http://www.monografias.com/trabajos5 9/refractometria/refractometria2.shtml [3]http://www2.uned.es/094258/contenido /tecnicas/refractometria/refractometria2.ht m

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