Universidad Nacional Autónoma Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Zaragoza Materia: Laboratorio-Taller Laboratorio-Taller de Proyectos (Sexto semestre) Determinación experimental de propiedades físicas (Densidad e índicede refracción) Alumnos: Acosta Gonzales Jonathan Jonathan Miguel Bautista Delgado Elan García Islas Ana Silvia Gomez Santana Rodrigo Mendoza Quezada Victor Manuel Morales López Mitzi Monserrat Rodríguez Cueto JesusAndre Profesor: Dr. Alejandro Rogel Ramirez
20 de febrero de 2014
OBJETIVOS Determinar experimentalmente el índice de refracción de algunas sustancias observando la variación de esté con la concentración y la temperatura mediante un refractómetro, así como conocer la densidad de estas mismas sustancias utilizando mediante un picnómetro.
INTRODUCCION ÍNDICE DE REFRACCIÓN El índice de refracción es una medida de la desviación que sufre la luz al pasar de un medio a otro. De forma más precisa, el índice de refracción es el cambio de la fase por unidad de longitud, o sea, el número de onda en el medio (k) será n veces más grande que el número de onda en el vacío (k). La ley de Snell (también llamada ley de Snell-Descartes) es una fórmula utilizada para calcular el ángulo de refracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz (o cualquier onda electromagnética) con índice de refracción distinto. El nombre proviene de su descubridor, el matemático holandés WillebrordSnelVan Royen (1580-1626) La misma afirma que la multiplicación del índice de refracción por el seno del ángulo de incidencia es constante para cualquier rayo de luz incidiendo sobre la superficie separatriz de dos medios.
n1 y n2 son los índices de refracción de los materiales. La línea entrecortada delimita la línea normal, además delimita cuándo la luz cambia de un medio a otro. Snell también hace referencia a la refracción, la cual es la línea imaginaria perpendicular a la superficie. Los ángulos θ son los ángulos que se forman con la
línea normal, siendo θ1 el ángulo de la onda incidente y θ2 el ángulo de la onda refractada:
La propiedad refractiva de un material es la propiedad más importante de cualquier sistema óptico que usa refracción. Es un índice inverso que indica el grosor de los lentes según un poder dado, y el poder dispersivo de los prismas. También es usado en la química para determinar la pureza de los reactivos químicos y para la renderización de materiales refractantes en los gráficos 3D por computadora. DENSIDAD La densidad (ρ) es una magnitud escalar definida como la cantidad de masa contenida en una unidad de volumen. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa:
En general, la densidad de una sustancia varía cuando cambia la presión o la temperatura y en los cambios de estado. Cuando aumenta la presión, la densidad de cualquier material estable también aumenta, mientras al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión permanece constante). Por otro lado, la densidad de los gases resulta fuertemente afectada por la presión y la temperatura. La ley de los gases ideales describe matemáticamente la relación entre estas tres magnitudes:
Existen varios métodos para determinar la densidad:
Determinación de la densidad en sólidos irregulares: Se pesa inicialmente el sólido y luego se coloca en un volumen de líquido previamente medido y en el cual el sólido no se disuelve. El aumento de volumen del líquido corresponde al volumen del sólido. Método hidrométrico para determinar la densidad de líquidos: Se basa en el principio de Arquímedes que establece que un objeto flotante desplaza su
propio peso en líquido. Se construye un flotador hidrométrico de modo que los intervalos de la escala correspondan a volúmenes definidos y al tener peso conocido, la escala se calibra en unidades de densidad. Determinación de la densidad utilizando picnómetro: Es un pequeño recipiente que tiene volumen conocido exactamente. Se llena con el líquido de densidad conocida, pesando previamente. Una vez lleno se pesa nuevamente y el peso del líquido se obtiene por diferencia. El volumen del picnómetro se obtiene pesando en él un líquido con densidad conocida.
MATERIALES Y EQUIPO MATERIAL:
Cantidad 8 1 4 1 1 1 1
Material Vasos de precipitados Agitador magnético Mangueras de látex Picnómetro Termómetro Vidrio de reloj Espatula
Capacidad 100 mL 25 mL -10 a 150 °C
REACTIVOS:
Cantidad 100 g 100 g 500 mL
Reactivo Sal Azúcar Agua
EQUIPO:
Cantidad 1 1 4 1 1
Equipo Baño de temperatura constante Bomba de recirculación (En caso de que el baño de temperatura no la contenga) Parrilla de agitación y calentamiento Refractómetro Balanza analítica
Capacidad
PROCEDIMIENTO DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN 1. Preparar disoluciones de azúcar y sal al 5,10,15 y 20% en peso. 2. Calibrar el refractómetro. 2.1. Limpiar el prisma del refractómetro, cuidando de no rayar el mismo. 2.2. Poner agua destilada en el prisma. 2.3. Encender la luz. 2.4. Utilizar los tornillos para ajustar la vista hasta obtener una imagen similar a esta:
3. Realizar la primera medición de todas las disoluciones a la temperatura ambiente de la misma forma que se realizó con el agua destilada. 4. Conectar el baño de temperatura constante y la bomba de recirculación al refractómetro. 5. Realizar la medición del índice de refracción de las disoluciones a tres temperaturas diferentes a la del ambiente. 6. Anotar los resultados obtenidos DETERMINACION DE LA DENSIDAD 1234-
Preparar disoluciones de azúcar y sal al 5, 10, 15 y 20% en peso. Se pesa el picnómetro con el capuchón, limpio y seco. Se pesa el picnómetro con agua destilada. Pesar el picnómetro con las disoluciones correspondientes para poder determinar su densidad relativa (Esto sólo se realiza a temperatura ambiente). 5- Anotar los resultados obtenidos
ANÁLISIS DE RESULTADOS ÍNDICE DE REFRACCIÓN Índice de refracción del agua destilada=1.334 Disoluciones de azúcar
Temperatura Concentración 5% 10% 15% 20%
23 °C 1.3405 1.348 1.356 1.364
37 °C
48°C ndice de refracción 1.339 1.338 1.346 1.345 1.354 1.3535 1.362 1.3615
61 °C 1.3355 1.343 1.352 1.359
37 °C
61°C
Disoluciones de sal
Temperatura Concentración 5% 10% 15% 20%
23 °C 1.342 1.351 1.3595 1.369
48 °C ndice de refracción 1.339 1.3385 1.348 1.3475 1.357 1.356 1.367 1.365
1.3365 1.345 1.3545 1.3635
Al aumentar la concentración de las diferentes soluciones, el índice de refracción también aumentó. Por el contrario, al aumentar la temperatura, el índice de refracción disminuyó.
DENSIDAD Para la determinación de la densidad mediante el picnómetro se empleó la siguiente fórmula:
Peso picnómetro vacío = 39.3120 g Peso picnómetro con agua = 62.1975 g
Disoluciones de sal
Concentración 5% 10% 15% 20%
Peso de la muestra (g ) 64.1050 64.9322 65.9780 66.8627
Densidad 1.0833 1.1195 1.1652 1.2038
Con lo cual se obtuvo la grafica siguiente: 1.22 a 1.2 n i l a s n 1.18 ó i c u 1.16 l o s i d 1.14 a l e d 1.12 d a 1.1 d i s n e 1.08 D
1.06 0
5
10
15
Concentración
20
25
Disoluciones de azúcar
Concentración 5% 10% 15% 20%
Peso de la muestra (g) 63.6482 64.1236 64.6022 65.2557
Densidad 1.0634 1.0842 1.1051 1.1336
Con lo cual se obtuvo la gráfica siguiente: 1.14 r a c 1.13 ú z a e 1.12 d n 1.11 ó i c u l 1.1 o s i d 1.09 a l e 1.08 d d a 1.07 d i s n 1.06 e D
1.05 0
5
10
15
Concentración
20
25
CONCLUSIÓN Los objetivos de la práctica se cumplieron de manera satisfactoria concluyendo así que la densidad y el índice de refracción son propiedades que dependen tanto de la concentración como de la temperatura. Se logró comprobar que a mayor concentración de la solución, el índice de refracción también aumenta, mientras que a una mayor temperatura, el índice de refracción disminuye. También se puede afirmar que la concentración es un factor fundamental en la determinación de la densidad, pues a mayor concentración, la densidad es mayor. Sin embargo, el método de determinación de densidad con picnómetro sólo se pudo realizar a temperatura ambiente, pues al ser un material volumétrico que está calibrado a una temperatura dada, cambiar su temperatura de funcionamiento puede descalibrarse. Más, teóricamente se sabe que a mayor temperatura, la densidad es menor.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Burbano de Ercilla, Santiago, "Física general", 32a edición, Editorial Tébar, S.L., España. Daintith, John, "Diccionario de física", Grupo Editorial Norma, México, 1998. "Determinación de propiedades físicas y químicas", Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de Ciencias Naturales, México, 2010.
