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TABLA DE CONTENIDO

I Resumen…………………………………………….………………………………………………………….........2

II Introducción…………………………………………………………….…………….………………….........3.III Principios Teóricos…………………………………………………………………………………………4

IV Procedimiento Experimental………………………………………………………………….........7 V Tabulación de datos y resultados………………...………………………………………….….…9

VI Ejemplo de cálculos……………………….……………….……………………………...................11

VII Análisis y discusión de resultados…………………………………………….………….....14

VIII Conclusiones…………………………….……..……………….…………………………..………........15

IX Bibliografía………………………………………………………………….……………………...…………..16

X Apéndice………………………………………………..…………………………………………………………..17

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I RESUMEN

El objetivo principal de esta experiencia es determinar el índice de refracción de diversas sustancias

Las condiciones experimentales a las que se trabajó en el laboratorio fueron: Presión = 756 mmHg, temperatura = 20°C, Humedad Relativa = 92%. Para determinar el índice de refracción de una muestra simplemente empleamos un refractómetro el cual nos indica una lectura directamente, este instrumento también nos puede reportar como el porcentaje de sólidos disueltos en solución.

A partir de mezclas al 0, 20, 40, 60, 80, y 100 % de acetona en cloroformo, se obtuvo índice de refracción de 1.444, 1.429, 1.413, 1.399, 1.378, 1.360 respectivamente. Mediante ecuaciones se calculó los porcentajes de acetona en cada mezcla (experimentalmente), refracciones molares teóricas y experimentales; resultando porcentajes de error no muy altos.

II INTRODUCCIÓN

Es una técnica analítica 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. La medida continua en una columna

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cromatrográfica puede indicar la composición o pureza del eluente. Poco han variado los refractómetros desde el diseño original de Abbé (1874) y Pulfrich (1887).

III PRINCIPIOS TEÓRICOS

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. La causa fundamental de este cambio en la dirección se debe al cambio en la velocidad de la luz que se hace más lenta cuanto más denso sea el medio por el que pasa el haz. La luz amarilla de la lámpara de sodio disminuye su velocidad desde 3x1010 cm/s en el vacío hasta 2,25x1010 cm/s en el agua. El ángulo formado entre el rayo en el primer medio y la perpendicular se llama ángulo de incidencia, i, mientras que el correspondiente ángulo en el segundo medio se denomina ángulo de refracción, θ. El índice de refracción, n, es la razón entre las velocidades de la luz en ambos medios. La ley de Snell representa a este índice como la razón de los senos de los ángulos de incidencia y refracción.

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Consideremos dos medios caracterizados por índices de refracción y separados por una superficie S. Los rayos de luz que atraviesen los dos medios se refractarán en la superficie variando su dirección de propagación dependiendo del radio entre los índices de refracción y .

Para un rayo luminoso con un ángulo de incidencia sobre el primer medio, ángulo entre la normal a la superficie y la dirección de propagación del rayo, tendremos que el rayo se propaga en el segundo medio con un ángulo de refracción cuyo valor se obtiene por medio de la ley de Snell.

Es práctica normal referir el índice de refracción al vacío que se define arbitrariamente como índice de refracción unidad. Si se refiere al aire el error cometido es 3 partes en 104. Es una constante adimensional por lo tanto, cuyo valor para una luz de una determinada longitud de onda viene determinada por las características del medio líquido o sólido y el aire como medio de referencia. Si se va a comparar los índices de líquidos o disoluciones se debe indicar el medio de referencia así como otras variables que afectan a la velocidad de la luz en la muestra a medir. El símbolo nD20, por ejemplo, se refiere a la medida a 20 °C del índice para las líneas D del sodio. La mayoría de los índices de refracción recogidos en la bibliografía se refieren a estas condiciones. Ejemplos: Agua, 1,33; vidrio ‘crown’, 1,50; CS2, 1,63; vidrio ‘flint’, 1,75; diamante, 2,42; rutilo (TiO2), 2,60-2,90.

III.1 REFRACTÓMETRO

Un refractómetro mide el grado a el cual la luz es desviada (es decir refractada) cuando se mueve desde el aire en una muestra y utilizada típicamente para determinar índice de refracción (índice de refracción n) de una muestra líquida.

El índice de refracción es un número, entre 1,3000 y 1,7000 para la mayoría de los compuestos, y se determina normalmente a la precisión de cinco dígitos. Puesto que índice de refracción depende de la temperatura de la muestra y de la longitud de onda de la luz utilizada, ambos se indican después del símbolo "n" de índice de refracción:

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La n  puesta en letra itálica denota el índice de refracción, el exponente indica la temperatura los grados centígrados, y el subíndice denota la longitud de onda de la luz (en este caso la D indica la línea del D del sodio a 589 nm).

El índice de refracción se determina comúnmente como parte de la caracterización de muestras líquidas, algo similar a lo que ocurre con el punto de fusión de muestras sólidas. El índice de refracción también se utiliza comúnmente para:

Identificar o a confirmar la identidad de una muestra comparando su índice de refracción a los valores conocidos.

Determine la pureza de una muestra comparando su índice de refracción al valor para la sustancia pura.

Determine la concentración de un soluto en una solución comparando el índice de refracción de la solución a una curva estándar (sal, azúcar, alcohol, etc.)

II.2 REFLEXIÓN INTERNA TOTAL

Un rayo de luz propagándose en un medio con índice de refracción incidiendo sobre con un ángulo con una superficie sobre un medio de índice con puede reflejarse totalmente en el interior del medio de mayor índice de refracción. Este fenómeno se conoce como reflexión interna total o ángulo límite y se produce para ángulos de incidencia mayores que un valor crítico cuyo valor es:

En la ley de Snell:

si , entonces . Eso significa que cuando aumenta, llega a radianes (90°) antes que . Es decir que el rayo refractado (o transmitido) sale paralelo a la frontera. Si aumenta aún más, como no puede ser mayor que , no hay transmisión al otro medio y la luz se refleja totalmente.

La reflexión es realmente total (100%) y sin pérdidas. Es decir, mejor que los espejos metálicos (plata, aluminio) que solo reflejan 96% de la potencia luminosa incidente.

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IV DETALLE EXPERIMENTAL

IV.1. MATERIALES Y REACTIVOS

IV.1.1. Materiales:

8 tubos de ensayo con tapones cada unoRefractómetro de AbbeAlgodón1 vasos de 100 mLPipetas de 1, 2, 5 y 10 mL

IV.1.2. Reactivos:

Acetona.CloroformoSoluciones de sacarosa.

IV.2. PROCEDIMIENTO

Medida del índice de refracción de soluciones de líquidos orgánicos:

Preparar 3 mL de soluciones que contenían 0, 20, 40, 60, 80, y 100 % en volumen de acetona en cloroformo. Cada solución preparada verter en cada tubo de ensayo y tapándolos seguidamente, medir las temperatura de cada los componentes puros. Finalmente medir el índice de refracción de cada mezcla preparada anteriormente.

Medida del índice de refracción de soluciones de sacarosa en agua:

Preparar soluciones de sacarosa de 5%W (1 g de sacarosa y 19 mL de agua) y 10%W (2 g de sacarosa y 18 mL de agua). Luego medir el índice de refracción de dichas soluciones con también su porcentaje de peso en ell refractómetro de Abbe. Medir las temperaturas de dichas soluciones.

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V TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS

Índice de refracción de soluciones

% V V Acetona (mL)V Cloroformo

(mL)Índice de

Refracción

0 0 3 1.44420 0.6 2.4 1.42940 1.2 1.8 1.41360 1.8 1.2 1.399

80 2.4 0.6 1.378

100 3 0 1.360

Índice de refracción de Sacarosa.

%W Wsacarosa (g) V agua (mL)Índice de

RefracciónW% según el refractómetro

5 0.5 9.5 1.3350 1.34210 1 9 1.3415 1.348

Porcentaje en peso

% W % W teórico % W experimental20% 11.728 % 12.6744 %40% 23.162 % 27.7490 %60% 44.334 % 47.9781 %80% 68.40 % 69.4073 %

Índice de refracciones molares

% W R experimental R teórico % Error20% 20.3094 20.21 0.49%40% 19.2901 19.1420 0.77%60% 18.3811 18.1112 1.49%80% 17.2151 17.1170 0.57%

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Índice de refracciones

Reactivo η teórico η experimental % ErrorAcetona 1.3588 1.359 0.01472%

Cloroformo 1.4458 1.444 0.1245%

VI EJEMPLO DE CÁLCULOS

CALCULE EL % EN PESO TEÓRICO DE A EN CADA MEZCLA, A PARTIR DE LOS VOLÚMENES DE CADA COMPONENTE

% W acetona = W acetona x 100

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W total

W total = W acetona + W cloroformo

W acetona = acetona * V acetona

W cloroformo = cloroformo * V cloroformo

acetona (20 C)= 0.7914 g/mL cloroformo (20 C)= 1,4898 g/mL

Para al 20% Acetona

% W acetona = acetona * V acetona x 100 acetona * V acetona + cloroformo * V cloroformo

% W acetona = (0.79149)(0.6) / [(0.79149)(0.6) + (1.4898)(2.4)]

% W acetona = 26.16%

CALCULE LA FRACCIÓN MOLAR DEL COMPONENTE MÁS VOLÁTIL EN CADA MEZCLA.

En este caso, el más volátil es la acetona.

Xa = na / nT = [ma /PMa] [ma /PMa + mb /PMb]

PM cloroformo = 119,5 g/mol

PM acetona = 58,08 g/mol

Para 20% de Acetona

Xa = (0.475/58.08) (0.475/58.08 + 3.534/119.5)

Xa = 0.2146

USANDO LA ECUACIÓN (5) QUE APARECE EN LA GUÍA PARA HALLAR EL % EN PESO TEÓRICO DEL COMPUESTO A

100(n0 - 1) = P1 (n1-1) + (100 -P1)(n2 - 1) do d1 d2

do = Densidad de la mezcla.n0 = Índice de refracción de la mezcla.d2 = Densidad del cloroformo.n2 = Índice de refracción del cloroformo.d1 = Densidad del acetona.n1 = Índice de refracción del acetona.

Para 20% de Acetona

mezcla = a x Va + b x Vb Va + Vb

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mezcla = (0.6)(0.794) + (2.4)(1.489) 3.0

mezcla = 1.3495 g/ml

100(1,429 - 1) = P1(1,444 -1) + (100 - P1 )(1.360 -1) 1.3495 g/ml 0.7914 g/ml 1.4898 g/ml P1 = 12.6144 %

HAGA UN DIAGRAMA DE ÍNDICE DE REFRACCIÓN VS FRACCIÓN MOLAR DEL COMPONENTE MÁS VOLÁTIL (Ver apéndice)

DETERMINE LAS REFRACCIONES MOLARES EXPERIMENTALES DE LAS MEZCLAS USANDO LA ECUACIÓN (6) QUE SE ENCUENTRA EN LA GUÍA

R exp = no2 - 1 X1M1 + (1-X1)M2 no2+ 2 do

do = densidad de la mezcla X1 = fracción molar del acetona. M1 = peso molecular del acetona. M2 = peso molecular del cloroformo

Para 20% de Acetona

R exp = 1.429 2 - 1 x 0.2147*58.08 g/mol + (1-0.2147)119.5 g/mol 1.4292 + 2 1.3495 g/mlR exp = 20.3094 ml/mol

USANDO LA ECUACIÓN (7) CALCULE LAS REFRACCIONES MOLARES TEÓRICAS DE LA MEZCLA R add = X1 x (n12 – 1) x M1 + (1-X1) n22 - 1 x M2 n12+ 2 d1 n22 + 2 d2

X1 = fracción molar del acetona M1 = peso molecular del acetonaM2 = peso molecular del cloroformo

d2 = densidad del cloroformo d1 = densidad del acetona

R add = 0.2147x(1.359 2 -1) x58.08g/mol + (1-0.2147) (1.444 2 – 1) x 119.5g/mol 1.3592+ 2 0.7914 g/ml 1.4442 + 2 1.489 g/mlR add = 20.21 ml/mol

HALLANDO PORCENTAJES DE ERROR

Índice de refracciones molares:

Para 20% acetona

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%Error = l20.21 – 20.3094l x 100 20.21

%Error = 0.49%

Índice de refracción

Para 20% acetona

%Error = l1.3588 – 1.359l x 100 1.3588

%Error = 0.01432%

VII ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Se preparó una serie de soluciones de mezcla binaria con concentraciones en % volumen de 0, 20, 40, 60, 80, y 100% de Acetona en cloroformo, a medida que aumentaba la concentración en volumen de ácido acético en la solución, disminuía el índice de refracción. Esto se debe a que este compuesto tiene menor índice de refracción comparado con el cloroformo.

El cloroformo tiene un mayor índice que refracción y va disminuyendo al ir agregando acetona, que tiene menor índice, esto se debe a que la acetona tiene menor punto de ebullición y casi no tiene fuerzas intermoleculares que eviten que se evapore; formándose fácilmente lo momentos dipolares inducidos en sus moléculas no polares debido a la interacción que se produce entre el campo eléctrico y los electrones, el cual está explicado anteriormente, obteniéndose así un mayor índice de refracción.

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VIII CONCLUSIONES

El índice de refracción de una mezcla varía de acuerdo a la cantidad de cada componente presente en la mezcla, pero este valor siempre será mayor que el índice de refracción de la sustancia pura más volátil y será menor que el índice de refracción de la sustancia menos volátil.

La concentración y el índice de refracción son directamente proporcionales.

En una mezcla binaria a medida que se aumenta el porcentaje del componente con mayor índice de refracción aumenta también el índice de refracción de la mezcla.

La refracción molar de una sustancia es aproximadamente igual a la suma de las refracciones de los grupos de electrones que se encuentran en ella.

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X BIBLIOGRAFIA

Página Webhttp://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-optico/refractometro-abbe-2waj.htmRevisado 18 de Junio del 2008.

Página Webhttp://moodle.uho.edu.cu/mod/resource/view.php?id=3856Revisado 18 de Junio del 2008.

Página Webhttp://cursweb.educadis.uson.mx/payala/quimica_analitica2/refractometro/introduccion.htmRevisado 18 de Junio del 2008.

Página Webhttp://es.wikipedia.org/wiki/Refract%C3%B3metroRevisado 18 de Junio del 2008.

Página Webhttp://www.uned.es/094258/contenido/tecnicas/refractometria/refractometria.htmRevisado 18 de Junio del 2008.

Página Webhttp://www.e-iindustria.com/ar5/ar_%25E8%25C1%25D9%25D6%2592A%2500%252F.htmRevisado 18 de Junio del 2008.

X APÉNDICE

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1) ¿Cuáles son los tipos de refractómetros?. Describa en forma breve el refractómetro Abbe (partes esenciales, escalas, tipo de luz, etc).

Hay diversos refractómetros así como instrumentos ópticos los tipos de refractómetros más conocidos son los de inmersión o del tipo de Pulfrich. También se emplea la luz amarilla de la línea D del sodio, es decir, una lámpara de vapor de sodio.

REFRACTOMETRO DE INMERSION

Este tipo es el de manejo más simple, pero requiere 10-15 ml de muestra. Emplea luz blanca o artificial y contiene un compensador Amici como el que ya se ha descrito. El prisma simple está montado rígidamente en el telescopio conteniendo el compensador y el ocular. La escala está montada abajo del ocular en el interior del tubo. La superficie inferior del prisma se sumerge en un pequeño vaso conteniendo la muestra en un espejo abajo, para reflejar la luz hacia arriba a través del líquido. También se muestra el instrumento completo incluyendo el baño de agua para mantener una temperatura constante. La escala, situada en el plano focal del ocular, está graduada de -5 a +105. el campo estará parcialmente oscuro y en parte con luz, separado por una línea precisa. se lee la posición de esta línea de la escala, y se determina los décimos de división girando un tornillo micrométrico que está en la parte superior del instrumento, el cual desliza la escala hacia la línea límite, hasta que cubre la división más baja de la escala previamente anotada. el refractómetro de inmersión da una precisión mayor en su lectura que cualquier oro tipo, excepto el refractómetro de interferencia.

REFRACTOMETRO GEMOLÓGICO "KRÜSS"

Se observan gemas

REFRACTOMETRO DE ABBE

El refractómetro, como pieza fundamental, consta de un prisma recto de flint. Este vidrio posee un elevado poder dispersivo, propiedad que mide la separación angular relativa producida en los colores extremos del espectro. La sustancia líquida a ensayar se coloca en forma de gota sobre la cara pulimentada y libre del prisma; se aprisiona mediante otro prisma de igual forma, pero que posee esmerilada su cara externa. Ambos primas están unidos mediante una bisagra que permite el libre giro de uno de ellos.

2) ¿cuál es el efecto de la variación de la temperatura y de la presión en la refracción específica y en la refracción molar de los líquidos?.

Tanto la presión como la temperatura influyen de manera directa ya que al haber mayor temperatura las moléculas tienden a aumentar su inestabilidad y su agitación molecular por lo que se comportan como si se tratara de una solución de mayor concentración dando como lectura un índice de refracción mayor.

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3) ¿Cuales son las aplicaciones prácticas del índice de refracción?.

Óptica física. Rama de la óptica a la cual también se le denomina óptica no lineal, y las interacciones que estudia afectan al índice de refracción de las sustancias.Óptica geométrica que se ocupa de la aplicación de las leyes de reflexión y refracción de la luz al diseño de lentes y otros componentes de instrumentos ópticos.La astronomía en los estudios de Copernico, en el cual se construyo un pequeño telescopio de refracción.

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