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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA
FACULTAD DE CIENCIAS
TITULACION POR ACTUALIZACION DE CONOCIMIENTOS
INFORME
LABORATORIO 2
REFRACTROMETRO DE ABBE
PRESENTADO POR:
CRISTIAN OLIN PACHARI
ALVARO GOMEZ CASTRO
ROGER JENRY MEZA BARCENA
PROFESOR:
JOSE DIAZ ROSADO
LIMA PER
2014
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REFRACTOMETRIA
1. OBJETIVO
Familiarizarse en uso y medicin e incertidumbre utilizando el
refractmetro
REICHERT ABBE LEICA MARK II.
Determinar la dependencia del ndice de refraccin con la
temperatura y la
concentracin para el agua destilada.
Determinar la dependencia del ndice de refraccin del agua
destilada con la
concentracin de sal.
2. FUNDAMENTO TEORICO
a. REFRACCION DE LA LUZ
Refraccin es el cambio de direccin de una onda debido al cambio
de velocidad. Esto
ocurre cuando las ondas pasan de un medio con un ndice de
refraccin dado a un medio
con otro ndice de refraccin. La refraccin de la luz al pasar de
un medio rpido a otro de
densidad ptica ms lenta, el haz de luz se quiebra acercndose a
la normal de la frontera
entre los dos medios.
La refraccin solo se produce si la onda incide oblicuamente
sobre la superficie de
separacin de los dos medios y si estos tienen ndices de
refraccin distintos.
Figura 1
b. INDICE DE REFRACCION
La velocidad de la luz dentro de una sustancia material
generalmente es menor que la
velocidad en el espacio libre, donde es de 3 X 108
m/s. En el agua, la velocidad de la luz
es casi de 2.25 X 108
m/s, la cual es casi equivalente a las tres cuartas partes de su
velocidad en el aire. La luz viaja aproximadamente a dos tercios de
esa velocidad en el
vidrio, o sea a unos 2 X 108
m/s. La relacin de la velocidad de la luz c en el vaco entre la
velocidad v de la luz en un medio particular se llama ndice de
refraccin n para ese material. El ndice de refraccin n de un
material particular es la razn de la velocidad de la luz en el
espacio libre con respecto a la velocidad de la luz a travs del
material.
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El ndice de refraccin n, es un nmero a dimensional que
caracteriza a un medio
transparente, y de define por:
c. LEY DE LA REFRACCION
Cuando una onda incide sobre la superficie de separacin entre
dos medios, parte de la
energa se refleja y parte entra en el segundo medio. El rayo
transmitido est contenido
en el plano de incidencia pero cambia de direccin (rayo
refractado) formando un ngulo
con la normal a la superficie, dado por la Ley de Snell:
Figura 2
Segn la Ley de Snell, cuando el rayo pasa a un medio con menor
ndice de refraccin se
aleja de la normal, es decir, el ngulo de refraccin es mayor que
el de incidencia. El valor
mximo que puede tomar el seno es 1, por lo que hay un ngulo de
incidencia lmite tal
que para ngulos mayores la refraccin no se produce:
Figura 3
(
)
Ese ngulo de incidencia lmite se denomina ngulo crtico c:
( )
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Para ngulos mayores que este ngulo crtico no existe rayo
refractado, toda la energa
de la onda se refleja. Este fenmeno se denomina reflexin total
interna (ver figura).
Figura 4
d. REFRACTOMETRO
El refractmetro se utiliza para medir el ndice de refraccin de
slidos y lquidos
translcidos, permitiendo de esta manera:
Identificar una sustancia
Verificar la pureza de una muestra
Analizar el porcentaje de un soluto en una solucin
Otros anlisis cualitativos
El principio de funcionamiento, desde el punto de vista ptico,
est dado por el hecho de
que slo parte de la luz incidente en el prisma de medicin es
transmitida (aquella que lo
hace con un ngulo menor al ngulo crtico) Debido a esto, se
produce una divisin neta
del campo en dos zonas, una clara y una oscura. Rotando el
sistema de prismas se logra
visualizar la lnea divisoria formada que se traduce en una
medida graduada que nos da,
directamente, el valor del ndice de refraccin.
Los instrumentos que se encuentran en el comercio para la
determinacin del ndice de
refraccin son muy variados. Sin embargo, es posible catalogarlos
en tres grandes grupos
de acuerdo a su fundamento fsico:
I) Aparatos que miden el ngulo crtico (por ejemplo: Pulfrich,
Abbe).
II) Aparatos que miden directamente la desviacin de los rayos al
pasar a travs de la
sustancia, sea tallada en forma de prisma (si es slida) o
colocada en un recipiente
prismtico (si es lquida) (por ejemplo: Gonimetro).
III) Aparatos basados en la interferencia de la luz (por
ejemplo: interfermetro de
Raileigh).
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De acuerdo con las necesidades particulares de cada caso es
conveniente la utilizacin
de uno de estos mtodos. Por ejemplo, si deseamos medir con gran
precisin y rapidez,
utilizamos el Abbe. Si nos interesa adems para una longitud de
una onda dada
cualquiera, utilizamos el Abbe de precisin o el Pulfrich, pero
este ltimo es bastante ms
lento. Con el Abbe de precisin podemos tener una precisin de 3.
10-5 y con los
modernos de Pulfrich se llega hasta 10-6.
Los refractmetros interferomtricos se presta muy bien para la
determinacin de
pequeas diferencias o cambios de ndice de refraccin (o de la
concentracin); se
pueden determinar n de aproximadamente 10-8. Analizando todos
los tipos de
refractmetros veramos que hay prcticamente uno para cada
necesidad.
e. REFRACTOMETRO REICHERT ABBE LEICA MARK II
El refractmetro se compone, en lo esencial, de las partes
designadas (ver figura 6). El
cuerpo de prismas, consta, del prisma de iluminacin y el prisma
de medicin, El lquido a
examinar se echa, en forma de una capa delgada, entre las caras
enfrentadas de los
prismas (ver figura 7).
La luz de la bombilla (ver figura 8), que cae sobre el espejo,
es reflejada al prisma inferior
(prisma de iluminacin), atraviesa la capa delgada del lquido a
examinar y entra en el
prisma superior (prisma de medicin). Desde aqu llega al anteojo.
Este modo de medir se
llama medicin por transparencia.
Cuando han de medirse muestras muy coloreadas como, por ejemplo,
melazas,
mermeladas, aceite de alquitrn, etc., quiz ya no ser aplicable
la medicin por
transparencia. En este caso se pasa a la medicin por medio de la
luz reflejada, dejando
reflejarse la luz en la cara lmite del prisma de medicin y de la
muestra. Para este fin se
quita la tapa del prisma de iluminacion (ver figura 7).
La luz penetra ahora directamente en el prisma de medicin, es
reflejada en la cara
baada por la muestra y entra despus al anteojo. La medicin se
basa en la observacin
de la lnea lmite de la reflexin total. Por lo general, y
empleando la luz diurna o la de una
bombilla elctrica, esta lnea lmite aparece, por de pronto, con
una franja coloreada. Esta
desaparecer al manejar el control de ajuste tornillo que gira el
sistema compensador (ver
figura 6),
Con lo que es posible llevar esta lnea lmite, ahora incolora,
por giro del control de ajuste
que la grada sobre el punto de interseccin del retculo (ver
figura 5).
Para esta graduacin, la lectura en el microscopio da el ndice de
refraccin nD o el
contenido de sustancia seca en la muestra examinada.
Las monturas de los prismas del refractmetro estn protegidas por
medio de una capa
de cromo. Por lo tanto, y con las precauciones debidas, puede
utilizarse el instrumento
tambin para el examen de cidos dbiles.
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Todo lo descrito hasta aqu es en lneas generales, dado que cada
instrumento de uso
especfico podr tener un mayor o menor grado de sofisticacin
tcnica, segn el
ambiente de uso, tipo de anlisis, etc. y que variar de acuerdo
al fabricante del mismo.
Figura 5 Girando el control de ajuste para centramos la lnea
oscura en el Retculo, La
lnea oscura debe estar perfectamente centrada para obtener una
lectura exacta.
Figura 6. Los Controles del Refractmetro REICHERT ABBE MARK II
se Identifican en esta figura
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Figura 7. Cristal de prueba del ndice de refraccin en la
Superficie del prisma de medicin con el lado grabado hacia
arriba.
Figura 8. La bombilla del iluminador puede ser reemplazada
retirando la manga del condensador.
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3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a. Se realiz la calibracin del instrumento utilizando los
siguientes patrones
i. Solucin Patrn 1 - nD =1,35568 0.000030 ii. Solucin Patrn 2 -
nD =1,39986 0.000037 iii. Solucin Patrn 3 - nD =1,46453
0.000074
Mayor detalle de los patrones, ver Anexo.
b. Se realizaron mediciones de las siguientes muestras.
i. Aguas Destilada ii. Alcohol iii. Glicerina
c. Se vari la temperatura del Agua Destilada para obtener la
variacin del ndice de
refraccin en funcin de la temperatura.
d. Se realizaron distintas mezclas de Agua destilada con Sal
para obtener la variacin del ndice de refraccin en funcin de la
concentracin de Sal.
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4. CALCULOS Y RESULTADOS
a. ndice de refraccin de soluciones patrones
Tabla 1
solucin 1 ndice n Valores medidos
Temperatura (C)
15 Brix 1.35568 1.3551 20.5
1.3552 20.5
1.3552 20.6
Tabla 2
Solucin 2 ndice n Valores medidos
Temperatura (C)
40 Brix 1.39986 1.3978 20.8
1.3978 20.8
1.3979 20.8
Tabla 3
Solucin 3 ndice n Valores medidos
Temperatura (C)
75 Brix 1.46828 1.4676 21
1.4675 21.1
1.4676 21.1
Tabla 4
ndice patrn (certificados)
nD20
ndices promedios experimental
nD Correccin (nD
20- nD) Incertidumbre
1.35568 1.35517 0.00051 0.0002
1.39986 1.39783 0.00203 0.0002
1.46828 1.46757 0.00071 0.0002
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Grfica 1. Correcciones para el refractmetro Abbe
b. ndice de refraccin de muestras seleccionadas
Tabla 5
Sustancia ndice de refraccin medido
ndice de refraccin corregido
Temperatura (C)
agua 1.3326 1.3317 21.1
alcohol 1.3634 1.3644 22.1
glicerina 1.4716 1.4722 22.6
y = -0.4831x2 + 1.3655x - 0.9627 R = 1
0.0000
0.0005
0.0010
0.0015
0.0020
0.0025
1.34 1.36 1.38 1.40 1.42 1.44 1.46 1.48
Co
rre
ccio
ne
s
Indice de refraccin
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c. Variacin del ndice de refraccin del agua con la
temperatura
Tabla 6
ndice R. medido Temperatura
(C) ndice R. promedio
Temp. promedio
(C)
1.3326 21.1
1.3326 21.1 1.3326 21.1
1.3326 21.1
1.3324 21.9
1.3324 21.9 1.3324 21.9
1.3324 21.8
1.3318 22.7
1.3318 22.9 1.3318 23
1.3318 23
Grfica 2. ndice de refraccin del agua en funcin de la
temperatura.
y = -0.0005x + 1.3422 R = 0.9622
1.3316
1.3318
1.3320
1.3322
1.3324
1.3326
1.3328
21 21.5 22 22.5 23
nd
ice
de
re
frac
ci
n
Temperatura (C)
Series1
Lineal (Series1)
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d. VARIACIN DEL NDICE DE REFFRACCIN CON LA CONCENTRACIN
Valores obtenidos en laboratorio: se utiliz la siguiente formula
para hallar el
porcentaje :
Tabla 7
CANTIDAD DE H2O (ml)
CANTIDAD DE SAL (g)
CONCENTRACION DE SAL BRIX
5 0.5 9.09
5 1 16.67
5 2 28.57
10 1 9.09
20 1 4.76
30 1 3.23
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Tabla 8
CONCENTRACION DE SAL BRIX
NDICE DE REFRACCIN
TEMPERATURA (C)
IR PROMEDIO
16.67
1.3697 22.2
1.3699 1.3699 22.2
1.3701 22.2
28.57
1.3798 22.3
1.3796 1.3795 22.3
1.3796 22.3
9.09
1.3500 22.4
1.3500 1.3501 22.4
1.3499 22.3
4.76
1.3403 22.3
1.3402 1.3401 22.3
1.3403 22.3
3.23
1.3375 22.4
1.3375 1.3374 22.4
1.3376 22.3
Grfica 3. Variacin del ndice de Refraccin en funcin del la
concentracin
y = -5E-05x2 + 0.0035x + 1.3255 R = 0.9915
1.33
1.34
1.34
1.35
1.35
1.36
1.36
1.37
1.37
1.38
1.38
1.39
0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00
Ind
ice
de
re
frac
ci
n
Concentracin de sal (BRIX)
Series1
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5. OBSERVACIONES Y DISCUSIONES
No se puede utilizar el agua destilada, glicerina ni alcohol
para la calibracin del
refractmetro debido a que estas sustancias no cuentan con un
certificado de
calibracin por un laboratorio acreditado.
Con los valores de la tabla 4 se realiza la grfica 1 y se
obtiene una curva de
ajuste cuya funcin es una cuadrtica.
y = -0.4831x2 + 1.3655x - 0.9627, R = 1
donde:
y:correccin de la indicacin del refractmetro.
x: ndice de refraccin.
Utilizando la funcion cuadrtica se obtuvieron los valores
corregidos para los
ndices de refraccin del agua destilada, glicerina y alcohol como
se muestra en la
tabla 5.
En la grfica 2 tenemos la variacin del ndice de refraccin en
funcin de la
temperatura como se puede observar el ndice de refraccin
disminuye al
aumentar la temperatura.
Se observa que a pesar de aumentar la temperatura de las
muestras hasta los
90C, el instrumento no registra un aumento considerable de
temperatura. Esto
porque la cantidad de la muestra utilizada es mnima y al entrar
en contacto con el
instrumento, pierde rpidamente el calor ganado.
En la grafica 3 se tiene la variacin del ndice de refraccin en
funcin de la
concentracin, en esta grafica se observa que el ndice de
refraccin varia en
forma cuadrtica en funcion de la concentracin de la solucin de
acuerdo a la
siguiente ecuacin
y = -5E-05x2 + 0.0035x + 1.3255
donde:
y:ndice de refraccin.
x: concentracin (brix).
6. CONCLUSIONES
Con este refractmetro se determina concentraciones en grados
brix para
soluciones patrones que sern utilizadas en instrumentos de menor
exactitud, se
obtuvieron ndices de refraccin con una exactitud de milsimas,
obteniendo una
correccin mxima de 0.0020 y una incertidumbre mxima de
0.0003.
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La dependencia del ndice de refraccin con la temperatura
y = -0.4831x2 + 1.3655x - 0.9627, R = 1
donde:
y:correccin de la indicacin del refractmetro.
x: ndice de refraccin.
La dependencia del ndice de refraccin con la concentracin de
sal
y = -0.4831x2 + 1.3655x - 0.9627, R = 1
donde:
y:correccin de la indicacin del refractmetro.
x: ndice de refraccin.
7. REFERENCIAS BIBLBIOGRAFICAS
Manual del Refractmetro REICHERT ABBE MARK II.
Certificados de calibracin de Bellingham + Stanley
Optica, E. Hetch.
8. ANEXOS
