INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

Departamento de Biofísica

Materia: Laboratorio de Fundamentos de Fisicoquímica

Grupo: 3QV2

Nombre de la Práctica: REFRACTOMETRÍA

Número de equipo: 2

Nombre de Integrantes:

Acuña Vázquez Elia Gabriela Ortiz López Miguel Ángel

Rojas Panales Diana Ximena

Profesora: Maribel Cornejo Mazón

Lugar y fecha: México, D.F. 14 de Septiembre 2015

INTRODUCCIÓN

Los métodos de análisis refracto métricos están basados en la determinación del índice de refracción de sustancias desconocidas.

Cuando un rayo de luz pasa de un medio a otro cambia su dirección es decir, el rayo es refractado. El índice de refracción es la relación que existe entre el seno del ángulo de incidencia con respecto al seno del ángulo de refracción de la luz.

sen∝sen β

=η

Si un rayo de luz pasa desde el vacío o aire a un medio más refractivo, el ángulo de incidencia es siempre mayor que el ángulo de refracción. Si el rayo pasa de un medio de mayor refracción a otro de menor refracción, el ángulo de incidencia será más pequeño que el ángulo de refracción y la ecuación toma la forma:

sen∝sen β

=1η

  Factores que afectan el índice de refracción o Longitud de onda de la luz incidente  (λ) 

 El índice de refracción puede aumentar o disminuir con el incremento de la longitud de onda en la región donde la luz es absorbida por lo que debe especificarse la longitud de onda para la cual se da el índice de refracción. o Temperatura, T  El η0 disminuye con el aumento de la temperatura, por lo tanto es importante mantener la temperatura constante durante las determinaciones. Se puede obtener valores de índice de refracción aproximados, dentro de un intervalo pequeño de temperaturas, utilizando la corrección de 0.00045 por grado para la relación dη/dT. o Presión, P En el caso de gases, el índice de refracción depende de la presión y la temperatura expresándose dicha relación por la siguiente ecuación : 

(η−1¿=¿ (η0 – 1) P760

1+γP1+αT

 Donde: η es el índice de refracción a P y T dadas η0 es el índice de refración a condiciones normales de Temperatura y Presión, P es la presión en mmHg α y y son coeficientes que dependen de la naturaleza del gas  o Estructura química. En este caso se debe considerar una cantidad que dependa exclusivamente de la naturaleza de la sustancia. Tal cantidad es la REFRACCIÓN MOLECULAR, ( R ), la cual es calculada a partir de la ecuación desarrollada por  Lorentz y Lorenz: 

R=¿

 o Concentración  El índice en una mezcla de dos sustancias A y B, varia con la concentración y su valor oscila entre los índices de refracción de las sustancias puras.   o Refractómetro de Abbe  Éste refractómetro trabaja de acuerdo al principio del ángulo de refracción total, pudiendo utilizar luz blanca, no monocromática. En el refractómetro de Abbe la lectura del índice de refracción se hace en forma directa en la escala, o bien por medio de tablas especiales, solo se necesita de 2 a 3 gotas de muestra obteniéndose la lectura a una temperatura dada, sin embargo, la precisión de este aparato es de 0.0001 a 0.0003.  

OBJETIVOS

a. Comprender el concepto de índice de refracción b. Manipular el refractómetro de Abbe c. Determinar el índice de refracción de varias sustancias d. Encontrar la relación que existe entre el índice de refracción con la densidad y concentración e. Calcular el peso molecular y la refración molecular de diferentes sustancias f. Concluir qué tipo de propiedades  de la materia son el índice de refracción y la refracción molecular. 

MATERIAL

1. Refractómetro de Abbe 2. Picnómetro  3. 5 vasos de precipitado de 50 mL 4. Capilares o pipetas Pasteur 5. 1 pizeta 6. 1 Bureta 7. 1 soporte universal 8. 1 pinza para bureta  

REACTIVOS

1. Agua destilada 2. Etanol 3. Metanol 4. Acetona 5. Tetracloruro de Carbono 6. Cloroformo  7. n-hexano 8. Leche 9. Jugo 10. Vino de mesa 11. Tequila  

DESARROLLO EXPERIMENTAL

DATOS EXPERIMENTALES

Sustancia Índice de RefracciónAgua 1.333Té de Limón 1.3385Jarabe 1.408Yakult 1.358Agua de Jamaica 1.34Crema de Leche 1.3365

Experiencia 1

Experiencia 2

Solución % Etanol η1 4.8 1.3312 10 1.3343 15.2 1.34054 20 1.3415 24.8 1.3486 30 1.3497 40 1.35358 50 1.3560

Experiencia 3

Peso picnómetro vacío 32.9667 g Temperatura: 26.1 °C Peso picnómetro c/ agua 42.4452 g Temperatura: 26.1 °CPeso picnómetro c/acetona 40.4880 g Temperatura: 26.1 °C Índice de Refracción de la acetona 1.359

PROCESAMIENTO DE DATOS (ANÁLISIS ADIMENSIONAL)

Obtener la densidad , de acuerdo a diferencia de pesadas con el uso del picnómetro:

ρ=peso picnómetro consustancia−peso picnómetro vacío

Experiencia 3

Agua

ρ=42.4452−32.9667=9.4785

Acetona

ρ=40.4880−32.9667=7.5213

Utilizando la Ecuación de Lorentz y Lorenz se obtiene la Refracción Molecular:

R=¿

Refracción molecular agua:

R=( 1.3332−1

1.3332+2) 42.44529.4785

= 0.9211

Refracción molecular acetona

R=( 1.3592−1

1.3592+2) 40.48807.5213

= 1.1850

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Experiencia 1 En ésta experiencia solo obtuvimos el índice de refracción de cada una de las sustancias, ya que no contamos con suficiente tiempo ni experiencia en el uso del picnómetro para obtener la densidad de cada uno por diferencia de pesadas y realizar el cálculo de la Refracción Molecular con la ecuación de Lorentz y Lorentz, por tanto en la siguiente Tabla, ya mencionada en los datos experimentales de acuerdo a nuestras bitácoras, mostramos cada uno de los índices de Refracción obtenidos en e Refractómetro de Abbe. La concentración no se obtuvo en la información de cada uno de los productos por falta de tiempo y observación.Sustancia Índice de RefracciónAgua 1.333

Té de Limón 1.3385Jarabe 1.408Yakult 1.358Agua de Jamaica 1.34Crema de Leche 1.3365

Tabla 1. Índices de refracción de las muestras

Experiencia 2

SOLUCIÓN 1 2 3 4 5 6 7 8Agua (mL) 23.8 22.5 21.2 20.0 18.8 17.5 15.0 12.5Etanol (mL) 1.2 2.5 3.8 5..0 6.2 7.5 10.0 12.5Conc. %

4.8 10 15.2 20 24.8 30 40 50

η 1.331 1.334 1.3405 1.341 1.348 1.349 1.3535 1.3560

Tabla 2. Concentración e índices de refracción de soluciones preparadas en el laboratorio

De acuerdo a nuestras soluciones formuladas con etanol y agua, mostramos a continuación una gráfica

Gráfica 1. Relación Concentración % e índice de Refracción de las soluciones preparadas

En la gráfica podemos observar la relación entre la concentración y el índice de refracción y comprobamos que el índice de refracción aumenta de acuerdo a la concentración donde estos son directamente proporcionales, y se observa un crecimiento lineal con ciertas variaciones por la concentración con las que se formularon las soluciones.

Refracción molecular agua 0.9211 cc/mol Refracción molecular acetona 1.1850 cc/mol

Para éstos resultados se aplicó la ecuación de Lorentz y Lorenz como se mostró anteriormente y se obtuvo la densidad de acuerdo al método del picnómetro por diferencia de pesadas. Sólo se indica refracción molecular de éstas dos sustancias ya que en las demás no realizamos el método del picnómetro y carentes de información en los productos que trajimos no conocíamos la concentración ni el peso molecular de los compuestos.

CONCLUSIÓN

Medir la concentración de un alimento, resultaría una tarea muy tediosa de no ser por la gran ayuda proporcionada por la Refractometría. La Refractometría tiene variadas aplicaciones en el aspecto cualitativo y cuantitativo, en el análisis de los alimentos. Esta técnica es usada con fines de identificación y caracterización de aceites y grasas, en el control de la pureza de los alimentos, en la medición de jugos azucarados, determinación aproximada del contenido de alcohol en licores, entre otros. Es por todas estas razones, además de otras como la facilidad de uso del refractómetro, el uso de poca muestra, la obtención de resultados al momento, etc. que el conocimiento de la refractometría es de suma importancia al momento de analizar los alimentos. Durante la práctica realizada lo que se buscó fue conocer el fundamento del uso del refractómetro y su aplicación en la determinación del índice de refracción (IR), como un método de análisis que permita determinar el contenido de sólidos solubles. La gráfica índice de refracción vs. concentración (%) obtuvo uncomportamiento lineal.

• A mayor concentración, mayor es el índice de refracción. Son directamenteproporcional.• La medición de la muestra es una medida adimensional.

BIBLIOGRAFÍA

• R. KIRK, H. EGAN, R. SAWYER.1996. “Composición y Análisis deAlimentos de Pearson” . Segunda Edición. CECSA. México D.F..• A. MADRID, I. CENZANO, J.M. VICENTE. 1997. “Manual de Aceites yGrasas Comestibles”. Primera Edición. AMV Editores - Mundiprensa.Madrid.

CIBERGRAFÍA

Refractometríahttp://www.geocities.ws/todolostrabajossallo/fico9.pdf Consultado 26 septiembre 2015.

Índice de Refracciónhttp://reportesparaestudiantesdequimica.blogspot.mx/2008/10/reporte-n-4-ndice-de-refraccin-de-la.htmlConsultado 26 de septiembre 2015

CUESTIONARIO

1. Calcular la refracción molecular de las sustancias puras utilizando las contribuciones atómicas y de enlace.

Falta de datos, por ello no se puede realizar el cálculo.

2. Calcular el peso molecular de las sustancias puras utilizando la ecuación de Lorentz y Lorenz , con los datos experimentales de densidad y la refracción molecular calculada en el punto anterior.

Falta de datos.

3. ¿Qué relación existe entre el índice de refracción y la temperatura?

El índice de refracción depende, entre otras variables, de la longitud de onda del haz luminoso, de la temperatura (principalmente por el efecto que esta produce en la densidad del medio y concentración, de la composición y concentración del medio donde se produce la propagación del haz.

4. ¿Cuál es la dependencia del índice de refracción con la concentración?

A mayor concentración, mayor es el índice de refracción. Son directamente proporcional.

5. ¿El índice de refracción es una propiedad intensiva o extensiva? Fundamente su respuesta.

Intensiva ya que tiene que ver con la estructura química interna de la materia.

6. ¿Qué otras propiedades físicas se necesitan para identificar completamente a una sustancia líquida?

Densidad, absorbancia, concentración, viscosidad, punto de fusión.

7. ¿ Qué valor tiene el índice de refracción en el vacío y en el aire?

En el vacío 1 y en el aire 1,0002926.

8. ¿Puede ser el índice de refracción menor que la unidad? Fundamente su respuesta.

No, porque se define como n = c / v , donde c es la velocidad de la luz en el vacío y v la velocidad de la luz en el medio . Como c > n siempre ( c es la máxima velocidad que puede alcanzar un objeto ) , n siempre es mayor o igual a uno.

9. ¿De qué factores depende la refracción molecular?

Depende no solo del número y naturaleza de los átomos presentes en la molécula, sino también de su arreglo espacial.

10.¿Cómo se obtiene la luz monocromática?

La luz monocromática es aquella que está formada por componentes de un solo color. Es decir, que tiene una sola longitud de onda, correspondiente al color.

Esto quiere decir que para producir radiación monocromática, se generan los electrones por medio del calentamiento de un filamento y luego los aceleramos en un campo electromagnético, los electrones de alta energía chocan contra un ánodo con suficiente velocidad para penetrar las capas electrónicas externas del material del ánodo. Cuando el electrón choca con la capa de electrones K, el electrón incidente remueve su órbita al electrón de la capa K. El átomo pierde uno de sus electrones de la capa K y está en condición metaestable, en consecuencia el electrón de la capa L entra a llenar la capa K.

11. Mencione algunas aplicaciones del índice de refracción en su área profesional

Los refractómetros son instrumentos relevantes en la industria alimentaria, ya que se emplean en el análisis de productos líquidos y en el control de operaciones durante el procesamiento de diversos alimentos: leche y sus derivados (condensada, evaporada, productos lácteos…), frutas, zumos, mermeladas, miel, salsas (ketchup, mostaza, sopas…), fabricación y refinado de azúcar, bollería y repostería. Por lo cual como analistas químicos el índice de refracción nos permitiría valorar el control de calidad en la industria.