UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

Área Académica de Ingeniería Química

LABORATORIO Nº 04

“ÍNDICE DE REFRACCIÓN”

QU-426 A

Realizado por:

JARA CACHIQUE, Álvaro Jesús 20092187J MALCA LEANDRO, Víctor Iván 20092192C TORRES REYES, Bryam Maxwell 20094119A

Profesor de práctica:

Ing. QUIROZ GARCÍA, Juan Antonio

Periodo Académico: 2010 – III

Fecha de Realización de la práctica: 25/01/11

Fecha de presentación del informe: 01/02/11

LIMA – PERÚ

2011

1.- Objetivo

2.- Fundamento Teórico

3.- Datos

3.1 Datos Experimentales

3.2 Datos Bibliográficos

4.- Tratamiento de Datos

5.- Discusión de Datos

6.- Conclusiones

7.- Recomendaciones

8.- Bibliografía

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1.- OBJETIVOS

El objetivo de nuestra experiencia es adquirir destreza en el manejo de un refractómetro manual con termómetro incorporado en la medición del índice de refracción de líquidos puros y soluciones.Estudiar el índice de refracción de líquidos puros y soluciones en función de la temperatura.Determinar la concentración de una sustancia disuelta a partir del índice de refracción.

2.- FUNDAMENTO TEÓRICO

DEFINICIÓN DE ÍNDICE DE REFRACCIÓN

ÍNDICE DE REFRACCIÓN DE UN MEDIO A:Se trata de la relación existente entre la velocidad de la luz en el vacío (c = 3x 108 m/s), respecto a la velocidad que lleva la luz en dicho medio A.

Por tanto, el índice de refracción de la luz en el vacío es 1 (ya que vvacío=c).El valor del índice de refracción del medio es una medida de su “densidad óptica”:La luz se propaga a velocidad máxima en el vacío pero más lentamente en los demás medios transparentes; por tanto en todos ellos n > 1 . Ejemplos de valores típicos de n son los del aire (1.0003), agua (1.33), vidrio (1.46 – 1.66) o diamante (2.42).

Cuando un rayo luminoso incide sobre la superficie de separación entre dos medios diferentes, el haz incidente se divide en tres: el más intenso penetra en el segundo medio formando el rayo refractado, otro es reflejado en la superficie y el tercero se descompone en numerosos haces débiles que emergen del punto de incidencia en todas direcciones, formando un conjunto de haces de luz difusa.

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Ley de Snell

Nosotros nos vamos a centrar en el rayo refractado que penetra en el medio. La recta perpendicular a la superficie de separación entre medios diferentes, el rayo incidente, y el rayo refractado están en el mismo plano (Figura [1]).

La ley de Snell establece que:

donde n1 y n2 son los índices de refracción del primer ysegundo medio, respectivamente; y α y β son los ángulos deincidencia y de refracción medidos respecto a la normal a lasuperficie.Observa que si α = 0, entonces ββ= 0, por lo que el rayo no se desvía si incide perpendicularmente a la superficie de Figura [1] separación de los dos medios.

3.- DATOS

3.1 DATOS EXPERIMENTALES, CÁLCULO DE TABLAS Y GRAFICAS:

Temperatura de Laboratorio: 28,0 °C

Presión del Laboratorio: 753 mmHg

Soluciones de alcohol a preparar:

Concentración(%volumen) 10 20 30 40 50 60 70 80 100

Vol. Etanol (Vi)Vol. Etanol (Vf)

40.0045.00

40.0050.00

35.0050.00

30.0050.00

0.0025.00

0.0030.00

0.0035.00

30.0050.00

0.0045.00

Vol. Agua (Vi)Vol. Agua (Vf)

0.0045.00

0.0040.00

0.0035.00

0.0030.00

0.0025.00

0.0020.00

0.0015.00

40.0045.00

45.0050.00

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Cuadro 3.1.1

Como vemos en el cuadro anterior se muestran los volúmenes iniciales y finales, cuya diferencia es el volumen utilizado en la preparación de soluciones. Con eso hallamos la concentración en porcentaje en volumen mediante la formula:

% volumen= (volumen alcohol*100)/volumen de solución

Concentración en porcentaje en volumen de una sustancia disuelta a partir del índice de refracción a 28 °C:

Concentración(% volumen)

0 10 20 30 40 50

Temperatura(°C) 28 28 28 28 28 28Índice de refracción

1.3321 1.3378 1.3421 1.3505 1.3522 1.3555

Concentración(% volumen)

60 70 80 90 100

Temperatura(°C) 28 28 28 27 27Índice de refracción

1.3570 1.3609 1.3610 1.3598 1.3568

Cuadro 3.1.2

Tomamos el promedio de las medidas del índice de refracción que realizamos por triplicado y que se muestran el Cuadro 3.1.2 con sus respectivas temperaturas, para estandarizar las temperaturas hacemos uso de la ecuación siguiente:

nf = ni – 0.00045(Tf - Ti)

Realizamos el procedimiento para las últimas 2 mediciones en porcentaje en volumen (90 y 100), de la siguiente manera:

Concentración 90 100

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(% volumen)Temperatura(°C) 28 28

Índice de refracción 1.3594 1.3564

0 20 40 60 80 100 1201.315

1.32

1.325

1.33

1.335

1.34

1.345

1.35

1.355

1.36

1.365

f(x) = − 2.44755E-10 x⁴ + 0.0000000429681 x³ − 0.00000652797 x² + 0.000720109 x + 1.3316538

% en volumen

indi

ce d

e re

frac

cion

Grafica 1.1 --% volumen vs índice de refracción a 28°C

En el bosquejo anterior se muestran los puntos ajustados a una curva de grado 4.

Concentración en porcentaje en volumen de una sustancia disuelta a partir del índice de refracción a 20 °C:

Concentración(% volumen)

0 10 20 30 40 50

Temperatura(°C) 20 20 20 20 20 20Índice de refracción

1.3357 1.3414 1.3457 1.3541 1.3558 1.3591

Concentración(% volumen)

60 70 80 90 100

Temperatura(°C) 20 20 20 20 20Índice de refracción

1.3606 1.3605 1.3646 1.3630 1.3600

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Cuadro 3.1.3

0 20 40 60 80 100 1201.32

1.325

1.33

1.335

1.34

1.345

1.35

1.355

1.36

1.365

1.37

f(x) = − 2.44755E-10 x⁴ + 0.0000000429681 x³ − 0.00000652797 x² + 0.000720109 x + 1.3352538

% en volumen

indi

ce d

e re

farc

cion

Grafica 1.2 --% volumen vs índice de refracción a 20°C

En el bosquejo anterior se muestran los puntos ajustados a una curva de grado 4.

3.2 DATOS BIBLIOGRÁFICOS:

nf = ni – 0.00045(Tf - Ti)

Donde:

n: índice de refracción

T: Temperatura

4.- TRATAMIENTO DE DATOS

Determinación de la concentración en % en volumen de una sustancia acuosa de alcohol a partir de su índice de refracción

Muestras tomadas por triplicado:

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Índice de refracción Temperatura °C1.3534 291.3535 271.3536 27

Realizando el promedio se obtiene un índice de refracción:

n = 1.3535

Necesitamos encontrar la concentración en volumen a partir de la Grafica 1.1

0 20 40 60 80 100 1201.315

1.32

1.325

1.33

1.335

1.34

1.345

1.35

1.355

1.36

1.365

f(x) = − 2.44755E-10 x⁴ + 0.0000000429681 x³ − 0.00000652797 x² + 0.000720109 x + 1.3316538

% en volumen

indi

ce d

e re

frac

cion

Al reemplazar en la ecuación obtenemos:

y = -2E-10x4 + 4E-08x3 - 7E-06x2 + 0.000x + 1.331

Para y = 1.3535% En volumen= 44.2

5.- DISCUSIÓN DE RESULTADOS

La lectura del refractómetro fue distinta para cada repetición a pesar de ser muestras de una misma solución

Las gráficas bosquejadas de concentración de etanol en % en volumen vs el índice de refracción tanto a 20oC como a 28OC se comportan de forma similar

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Utilizamos un ajuste de curva de grado 4, porque observamos una mejor aproximación a las medidas tomadas (pasando por la mayor cantidad de puntos), el ajuste tomado no fue mayor a 4 porque los cambios en las funciones no eran relevantes.

6.- CONCLUSIONES

Se obtuvo distintos valores en la medición con el refractómetro debido a cambios en la temperatura, producidas por la radiación solar así como también cabe la posibilidad de que quedaran restos de la solución anterior en el lente del instrumento.

Las graficas de concentración de etanol en % volumen vs el índice de refracción, tienen trazos semejantes puesto que cumplen con una relación inversa con la temperatura, que se utilizo en los cálculos desarrollados anteriormente.

De acuerdo a lo visto en la experiencia, el índice de refracción varia directamente proporcional a su concentración en porcentaje en volumen.

7.- RECOMENDACIONES

Tener los cuidados pertinentes en la limpieza del lente para no variar la concentración en las muestras.Trabajar en un ambiente en donde la temperatura permanezca aproximadamente estable.Leer el manual del refractómetro y cumplir con las precauciones necesarias para su correcto uso.

8.- BIBLIOGRAFÍA

www.ciencia.net/enciclo_imprimir.jsp?id=50Guía de Practicas de Laboratorio Físico-Química I , Ing. Janet Rojas Orosco - Ing.Warren Reátegui Romero - Dr. Francisco Tarazona Vásquez. 2010. Capítulo 3Keneth Wark . Donalds E.Richards. Termodinámica. Sexta edición

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