Practica 8

DETERMINAR EL INDICE DE REFRACCION DE UNA BEBIDAALCOHOLICA COMERCIAL

GENERALIDADES:

Se denomina refractometría, al método óptico de determinar la velocidad de propagación de la luz en un medio, compuesto, substancia o cuerpo, la cual se relaciona directamente con la densidad de este medio, compuesto, substancia o cuerpo. Para emplear este principio se utiliza la refracción de la luz, (la cual es una propiedad física fundamental de cualquier sustancia), y la escala de medición de este principio se llama índice de refracción.Los refractómetros son los instrumentos que emplean este principio de refracción ya sea elde refracción, (empleando varios prismas), o el de ángulo crítico, (empleando solo un prisma), y su escala primaria de medición es el índice de refracción, a partir de la cual se construyen las diferentes escalas específicas, Brix (azúcar), Densidad Específica, % sal, etc.Los refractómetros se utilizan para medir en líquidos, sólidos y gases, como vidrios o gemas.

Principio de la refractometríaLa luz se mueve a diferentes velocidades en diferentes materiales. Si un rayo de luz con una longitud de onda definida en un ángulo fijo cruza un superficie límite entre dos materiales diferentes el ángulo del rayo cambiará de acuerdo con el índice de refracción de los medios el uno con el otro. En condiciones constantes con características de material conocidas se puede determinar el índice de refracción de un segundo medio desconocido mientras el ángulo de refracción y el índice de refracción del material conocido.

Tipos de refractómetros

El refractómetro de Abbe

El refractómetro de Abbe permite obtener una medición del índice de refracción de un líquido depositándolo sobre una superficie de vidrio, colocándolo en un dispositivo óptico, y ajustando un botón para conducir una placa iluminada hacia el centro de un retículo. Se plantean dos preguntas:

¿Por qué el valor obtenido es aquel del índice de refracción del líquido estudiado?¿Por qué la medición se realiza por reglaje de una placa iluminada?

Los refractometros Abbe pueden emplear los dos métodos de refracción, refracción total o refracción de ángulo crítico.

Principio de la mediciónEste refractómetro fue descrito, en 1874, por su inventor, Ernst Abbe. Un antiguo modelo se encuentra representado a continuación. En su estudio sobre los refractómetros de 1901, Culmman1 describe este instrumento como constituido por dos prismas de vidrio flint conteniendo una delgada capa de 1/20 de milímetro de espesor del líquido a examinar. El prisma inferior sirve sobre todo para mantener el líquido y para permitir la iluminación del prisma superior. El artículo más reciente de Véret2 indica que, en los refractómetros modernos, el prisma superior sirve para la iluminación y que el prisma inferior es aquel que permite la medición. La descripción siguiente corresponde a este caso.

La idea es iluminar el líquido a analizar con luz rasante y determinar el ángulo límite e que depende del índice n buscado y del índiceN del material sobre el que reposa el líquido y en el cual el rayo rasante penetra.

n = N sin eEste rayo continúa su camino y ataca la cara de salida del prisma con el ángulor = α - edonde α es el ángulo del prisma.El rayo sale entonces del prisma con el ángulo i de tal forma queN sin r = sin i

El ángulo i se encuentra en relación con el índice buscado n. Un visor indica el ángulo y se gradúa directamente en índice de refracción. El valor es preciso con dos unidades del cuarto de decimal del valor del índice n.

Como no es posible conseguir un único rayo rasante que penetre en el lugar adecuado del soporte material subyacente, el dispositivo emplea un haz de luz cuyo límite

es, por construcción, el rayo rasante. Este haz constituye el rango de luz cuyo límite será ajustado al retículo y será la base de la medición.

La figura inferior representa este dispositivo. El prisma superior está iluminado y contiene el rayo rasante. La luz entra en el prisma inferior en un rango de luz cuyo rayo superior corresponde a la prolongación del rayo rasante. A la salida del prisma, este rango de luz es reflejado por un espejo y es observado a través de una lente colimatriz. El usuario puede observar, en esta lente, el rango de luz y su límite, que aporta la información sobre el ángulo límite, esto es, sobre el índice de refracción del líquido estudiado.

Utilización en luz blancaEl dispositivo de base solo es utilizable con una luz monocromática, ya que el índice de un material, sobre todo aquel del vidrio flint, depende de la longitud de onda. La raya D del sodio (longitud de onda 589 nm) ha sido elegida históricamente, a causa del carácter monocromático de la luz de las lámparas de vapor de sodio, y de la facilidad para obtener una buena intensidad lumínica. Para trabajar en luz blanca, otros dos prismas se posicionan entre el vidrio flint y la lente colimatriz de manera que los rayos de colores diferentes converjan tras su trayectoria. Este dispositivo se denomina compensador. La consecuencia es la obtención de un sistema acromático, utilizable en luz blanca.

Los refractómetros actuales funcionan con luz natural o con la iluminación de una lámpara blanca. La luz llega a través de una ventana sobre una superficie de entrada del prisma superior. La superficie inferior de éste no está pulida para evitar las reflexiones secundarias.

Calibración y lectura de la mediciónLa calibración del refractómetro debe tener en cuenta por una parte la acromatización y, por otra parte, la situación del rango de luz en el cruce de las retículas.

Una operación de calibración se realiza de una vez con agua destilada.

El botón que permite conducir el rango luminoso hacia el cruce de las retículas actúa sobre el ángulo del espejo dispuesto a la salida del prisma de flint. Este ángulo corresponde al índice que se registra sobre la escala graduada en índice de refracción, visible en el visor.

Dos escalas están disponibles. Una indica directamente el índice de refracción (entre 1,300 y 1,700). La otra indica, entre 0 y 85 %, el tenor de materia seca de los líquidos azucarados.

Límites de utilizaciónEl refractómetro de Abbe sólo puede utilizarse para líquidos cuyo índice de refracción sea inferior a aquél del vidrio flint (n = 1,7). Más allá de este valor, los rayos próximos del rayo rasante experimentarían una reflexión total, lo que

provocaría la imposibilidad de la medición. Esta limitación no es un impedimento en la práctica, pues pocos líquidos poseen un índice de reflexión superior a aquél del vidrio flint.El índice varía en función de la temperatura. Un sistema de termostato, constituido por una circulación de agua en el seno del sistema óptico, permite regular este efecto.

El refractómetro de inmersión.

El refractómetro se sumerge en el líquido a analizar. Sólo posee un único prisma, equivalente al prisma inferior de la descripción anterior de refractómetro de Abbe. No existe posibilidad de reflexión parásita, el rayo emergente es más preciso y un engrosamiento más fuerte es entonces posible. He aquí el interés de este dispositivo. Permite por tanto obtener una décima más que para el refractómetro de Abbe (4 unidades del quinto decimal). La iluminación se realiza a través de un espejo.

El refractómetro de inmersión permite dosificar los solubles disueltos en el agua, de débiles variaciones de índice precisamente conocidas. Es mencionado para análisis agroalimentarios. A consecuencia del engrosamiento considerable, un débil rango de índice solamente es accesible: entre 1,325 y 1,367.

La extremidad del refractómetro a inmersión está directamente sumergida en el líquido, como un termómetro, y una anilla permite acromatizar la medición. Es necesario pues disponer de una mayor cantidad de muestra que con el refractómetro de Abbe, lo que no plantea generalmente problemas con las soluciones acuosas.

OBJETIVO:

Utilizar en forma adecuada los instrumentos de medida empleados en el laboratorio para determinar la velocidad de propagación de la luz; así mismo adquirir la habilidad necesaria para la toma y lectura de las medidas.Que el alumno determine la concentración de alcohol en una bebida mediante el uso de un método refractométrico.

REACTIVOS

Bebida alcohólica destilada comercial, incolora y transparente (tequila, vodka, ron,etc.)

Alcohol etílico QP.

MATERIAL

8 tubos de ensayo 1 refractómetro Abbe. 1 gradilla 2 pipetas graduadas de 1 ml. 1 piseta

PROCEDIMIENTO

Realizar estándares de alcohol-agua desde 0% alcohol, hasta 96% alcohol-0% agua.

Medir los índices de refracción de cada mezcla en el refractómetro Abbe de la siguiente forma:

Colocar el refractómetro portátil en una posición tal que difunda la luz natural o cualquier otra forma de luz artificial, que pueda utilizarse para iluminación.

Hacer circular agua a 293 °K (20 °C) a través de los prismas. Limpiar cuidadosamente con alcohol y éter de petróleo, el refractómetro antes de hacer la lectura. Para cargar el refractómetro, abrir el doble prisma girando el tornillo correspondiente y poner unas gotas de muestra sobre el prisma.

Cerrar y ajustar finamente. Verifica que al cerrar, la gota esté bien distribuida en el prisma como se muestra en la figura.

Verificar la exactitud del refractómetro con agua a 293 °K (20 0C), a esta temperatura, el índice de refracción del agua es de 1.3330, o bien utilizar la placa de cuarzo que viene con el equipo, usando bromonaftaleno, al leer hacerlas correcciones necesarias.

Mover el brazo giratorio del aparato hacia adelante y hacia atrás hasta que el campo visual se divida en dos partes, una luminosa y otra oscura. La línea divisoria entre esas dos partes, se le conoce como "línea margen".

Ajustar la línea margen y leer directamente el por ciento de sólidos en la escala Brix.

Realizar una gráfica que represente el % de alcohol vs. lecturas obtenidas. Determinar con la ayuda de la gráfica, la concentración de dicha bebida. Expresa en °Brix los resultados.

Nota: el alumno será el encargado de traer una muestra alcohólica de las bebidas antes mencionadas.

ACTIVIDADES:

Se realizaron algunos cálculos para saber la medición de las concentraciones de unas sustancias.

Realice una curva de calibración graficando % (en volumen vs. lectura) localizando en la gráfica resultante su muestra problema.

Que variables afectan al índice de refracción y como se define este.

La refractrometría es una técnica analítica que consiste en la medida del índice de refracción de un líquido con el objeto de investigar su composición, si se trata de una dilución, de su pureza o si es un compuesto único. . El índice de refracción se mide en un refractómetro, en el se compara el ángulo de incidencia con el ángulo de refracción de la luz a una longitud de onda especifica.La refracción de la luz es un fenómeno de desvió que experimenta el haz incidente al atravesar una solución ocasionada por la diferente naturaleza de aire y la solución sobre la que incideÍndice de refracción: Relación que existe entre la velocidad de la propagación de la luz en el vacío y el desplazamiento en otro medio.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.

En que consiste un interferómetro.

Interferómetro

Se trata de aparatos ópticos o radioastronómicos que, con diversos métodos, aprovechan el fenómeno de Interferencia de las radiaciones electromagnéticas para diferentes tipos de medidas astronómicas. El interferómetro es un instrumento que emplea la interferencia de las ondas de luz para medir con gran precisión longitudes de onda de la luz misma.

Hay muchos tipos de interferómetros, en todos ellos se utilizan dos haces de luz que recorren dos trayectorias ópticas distintas, determinadas por un sistema de espejos y placas que, finalmente, convergen para formar un patrón de interferencia

Técnicas interferometria

Una de las técnicas de interferometría, tanto óptica como radial, consiste en la observación de la propia fuente estelar con dos telescopios (o bien con dos radiotelescopios) distantes entre sí de manera que haya un desfase en las señales

que llegan. A partir de este desfase, a través de una elaboración electrónica de las señales recibidas, se puede llegar a la exacta posición y al diámetro angular de una estrella, o bien, en el caso de estrellas dobles, al valor de su separación angular.

Clasificación

Los interferómetros se clasifican en dos grupos según la forma en que producen las fuentes virtuales: división de frente de onda y división de amplitud.

En el primer caso, se usan porciones del frente de onda primario, bien sea directamente como fuentes secundarias virtuales o en combinación con otros dispositivos ópticos.

En el segundo caso, el haz primario se divide en dos haces secundarios, los cuales viajan por diferentes caminos antes de recombinarse e interferir.

Como modifican los sólidos disueltos (sales disueltas como KCl, NaCl, etc.) al índice de refracción

La aplicación más común de los refractómetros es la de determinar la concentración de los sólidos disueltos en una solución. En una solución dada que contiene un solo sólido disuelto o en la cual solamente un sólido cambia de concentración (es decir, todos los demás sólidos son constantes), el índice de refracción cambiará en conjunto con la concentración de dicho sólido disuelto. Por lo tanto, todos los aumentos en concentración harán que el índice de refracción se incremente. Una vez que se conozca la composición química de la solución, se puede derivar una escala que convertirá el índice de refracción en la concentración de la solución. 

Por ejemplo, la escala "Brix" mide la concentración de la Sucrosa (azúcar) en el agua. Una solución de sucrosa al 5% equivale a una lectura de índice de refracción de 1.3403. Por cada % de Brix existe un índice de refracción equivalente. Entonces, al trabajar con una solución de sucrosa (conocida), un refractómetro puede determinar el índice de refracción que se puede convertir en un valor de Brix.

Para que la conversión sea práctica, los fabricantes de refractómetros imprimen escalas distintas al índice de refracción en la escala montada en el interior del refractómetro. Esto le permite al usuario tomar una lectura directa sin necesidad de una tabla de conversión. La más común de las "escalas convertidas" es la mencionada escala Brix. Otras escalas convertidas comunes incluyen: Salinidad, Proteína de Suero, Gravedad Específica de la Orina, Puntos de Congelación de Enfriadores, entre otras.

Si hay más de un sólido variable en una solución, no se puede utilizar un refractómetro para determinar la concentración de una de las variables. Mientras sí pueden producir el índice de refracción neto, no pueden aislar un sólido variable de entre varios. 

APLICACIONES:

Existe una amplia aplicación en la industria alimenticia, esto es principalmente para medir las concentraciones de azúcar presentes en el producto a analizar.

Se utiliza en el análisis cuantitativo de variadas soluciones. Identificación de productos Determinación de la pureza de muestras Determinación de momentos dipolares Determinación de estructuras moleculares y pesos moleculares

aproximados Se relacionan con la variación de la concentración de disoluciones.

PROBLEMA

Las mezclas de pentano y hexano se comportan en forma lineal de índice derefracción vs. fracción de volumen, si el índice de refracción del hexano es ηD20=1.3732 y el del pentano es ηD 20=1.3530. ¿Cuál será la composición de una mezcla quetiene como índice de refracción ηD 20=1.3690?

Bibliografia

http://www.ecured.cu/index.php/Interfer%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Refractometr%C3%ADahttp://reportesparaestudiantesdequimica.blogspot.mx/2008/10/reporte-n-4-ndice-de-refraccin-de-la.htmlhttp://www.maquimsa.com/inf_refractometros.html

SECRETARIA DE EDUCACION PÚBLICA

DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN SUPERIORTECNOLÓGICA

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE VERACRUZ

MATERIA:ANÁLISIS INSTRUMENTAL

TRABAJO:PRÁCTICA 8

ALUMNA:VALDES LAGOS ARIADNA PAMELA

4°SEMESTRE

ING. QUIMICA

CATEDRÁTICO:DRA. CASTELLANOS ONORIO OLAYA PIRENE

H.VERACRUZ, VER. ENERO-JUNIO 2014