UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA, INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA EAP: INGENIERÍA QUÍMICA INDUSTRIAL INGENIERÍA QUÍMICA DEL GAS NATURAL Y ENERGIA E INGENIERÍA QUÍMICA AMBIENTAL
TEMA:
REFRACTROMETRÍA CÁTEDRA: TERMODINÁMICA DE LOS PROCESOS QUÍMICOS II CÓDIGO: 063B CATEDRÁTICO: Ing. SALVADOR T. Oré Vidalón PRESENTADO POR:
BRICEÑO ALBINO, Erik CASIMIRO MORENO, Luis CARHUAMACA PAUCAR, Christ GAMARRA ROMAN, Lucia LOZANO POVIS, Arlitt MENDOZA RIVERA, Jeremías
SEMESTRE :
VI
Huancayo-2014
EAP:AMB EAP: GNyE EAP:IND EAP: IND EAP: GNyE EAP: AMB
INTRODUCCIÓN El fenómeno de la refracción está basado en el cambio de velocidad que experimenta la radiación electromagnética al pasar de un medio a otro, como consecuencia de su interacción con los átomos y moléculas del otro medio. Dicho cambio de velocidad se manifiesta en una variación en la dirección de propagación. Un refractómetro mide el grado a el cual la luz es desviada (es decir refractada) cuando se mueve desde el aire en una muestra y utilizada típicamente para determinar índice de refracción, n de una muestra líquida. Para realizar esta práctica se ha mezclado el etanol y agua destilada, en diferentes proporciones, luego se midió el índice de refracción de cada una, utilizando el refractómetro, así mismo para la lectura se consideró cuatro dígitos. Con estos valores se calculó la fracción molar del etanol y del agua, para posteriormente hacer la gráfica. El informe está dividido en tres partes: Primero la presentación de los objetivos generales y específicos; en segundo lugar, en el fundamento teórico, el cual contiene los conceptos y bases teóricos del tema a tratar, en tercer lugar la parte del método procedimental y por último los resultados obtenidos. Finalmente esperamos que este trabajo sea de su agrado y le resulte útil.
RESUMEN
El presente informe tuvo como objetivo principal realizar la gráfica de la fracción molar de la mezcla etanol-agua vs el índice de refracción, a partir de diferentes proporciones, para ello se medirá el índice de refracción de cada muestra y se calculará la fracción molar de los dos compuestos. Se realizaron seis muestras en los tubos de ensayo, cada una en las siguientes proporciones: (10:0); (8:2); (6:4); (4:6); (2:8); (0:10), se midió su temperatura y se llevó al refractómetro para medir el índice de refracción. A partir de los datos experimentales se halló la fracción molar de cada sustancia para luego realizar la gráfica y finalmente obtener la ecuación de la curva de calibración. Finalmente se logró graficar fracción molar de la mezcla etanol-agua vs el índice de refracción. Se obtuvieron los siguientes resultados:
X ETANOL
X AGUA
IR
1
0
1
1.3291
2
0.07331791
0.92668209
1.3382
3
0.17422477
0.82577523
1.349
4
0.32190168
0.67809832
1.3578
5
0.5586742
0.4413258
1.3609
6
1
0
1.3622
I.
OBJETIVOS: Objetivos General
Realizar la gráfica de la fracción molar de la mezcla etanol-agua vs el índice de refracción.
Objetivos Específicos
Determinar el índice de refracción para la mezcla de dos sustancias (etanol-agua) en diferentes proporciones.
II.
Hallar la fracción molar de los dos compuestos (Etanol- Agua)
FUNDAMENTO TEÓRICO: 2.1 REFRACCIÓN Cuando un rayo de luz pasa oblicuamente de un medio hacia otro de densidad diferente, su dirección cambia al atravesar la superficie que lo separa. Principio de refracción : La 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. Para esta determinación se emplea la ley de Snell: n1 * (sen (angulo1)) = n2 * (sen (angulo2)), Dónde: n1 = índice de refracción del medio 1
Ángulo1 = ángulo de incidencia de la luz al medio 1 n2 = índice de refracción del medio 2 Ángulo2 = ángulo de incidencia de la luz al medio 2.
2.2 REFRACTOMETRIA Se denomina refractometría, al método óptico de determinar la velocidad de propagación de la luz en un medio/compuesto/substancia/cuerpo, la cual se relaciona
directamente
con
la
densidad
de
este
medio/compuesto/substancia/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 el de 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.
2.3 TIPOS DE REFRACTOMETROS a.
Refractómetro de Abbé
El instrumento lee directamente, el índice de refracción es durable, requiere solo una gota de la muestra y da una buena aproximación del valor de la diferencia de índice de refracción entre la línea azul y la roja del hidrógeno que constituye una medida de la dispersión. b. Refractómetro de Inmersión
Da una precisión mayor en sus lecturas que cualquier otro tipo, excepto el refractómetro de interferencia. Como el índice de refracción cambia con la temperatura,
debe
escogerse
una
temperatura
patrón.
Mide
concentraciones con más precisión y facilidad, de soluciones acuosas y alcohólicas. c.
Interferómetros
Utilizan el fenómeno de la interferencia para obtener índices de refracción diferenciales con precisión muy alta. La medición más exacta se basa en la interferencia de luz.
2.4 ÍNDICE DE REFRACCIÓN (n) Cuando un haz de luz que se propaga por un medio ingresa a otro distinto, una parte del haz se refleja mientras que la otra sufre una refracción, que consiste en el cambio de dirección del haz. Para esto se utiliza el llamado índice de refracción del material, que nos servirá para calcular la diferencia entre el ángulo de incidencia y el de refracción del haz (antes y después de ingresar al nuevo material). El efecto de la refracción se puede observar fácilmente introduciendo una varilla en agua. Se puede ver que parece quebrarse bajo la superficie. En realidad lo que sucede es que la luz reflejada por la varilla (su imagen) cambia de dirección al salir del agua, debido a la diferencia de índices de refracción entre el agua y el aire. Se utiliza la letra n para representar el índice de refracción del material, y se calcula por la siguiente fórmula: n
C 0
V
n : índice de refracción del medio en cuestión co : velocidad de la luz en el vacío (3x108 m/s) v : velocidad de la luz en el medio en cuestión. Es decir que es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en el medio.
Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre menor que en el vacío, el índice de refracción será un número siempre mayor que 1. En el vacío: n=1 , en otro medio: n>1
III. PROCESO METODOLOGICO 3.1 Materiales y Reactivos Materiales: 6
tubos de ensayo
2
pipetas
1
frasco lavador
1
gradilla
2
propipetas
Refractómetro
ABBE
Reactivos: Agua
destilada
Etanol
(Alcohol 96%)
3.2 Procedimiento
Se midió la temperatura, los grados de alcohol del etanol y el índice de refracción, para ello se usó el refractómetro, en el cual se aplicó la muestra con unas cuantas gotas.
Luego se midió el índice de refracción del agua destilada.
En tubos de ensayo se prepararon muestras de Etanol y Agua en las siguientes proporciones: (8:2); (6:4); (4:6); (2:8).
De cada muestra se midió la temperatura, la cual tenía que ser uniforme, así mismo el índice de refracción.
TABLA Nº 1 Proporciones e índices de refracción (Etanol-Agua) X ETANOL 0 0.07331791 0.17422477 0.32190168 0.5586742 1
X AGUA 1 0.92668209 0.82577523 0.67809832 0.4413258 0
IR 1.3291 1.3382 1.349 1.3578 1.3609 1.3622
IV. CÁLCULOS Y RESULTADOS: Datos bibliográficos -
Temperatura: 20ºC
-
Densidad del agua destilada a 20ºC: 1 g/ml
-
Densidad del alcohol etílico a 20ºC: 0.810 g/ml
-
Índice de refracción del agua destilada a 20ºC: 1.333
-
Índice de refracción del alcohol etílico a 20ºC: 1.362
-
Peso molecular del alcohol etílico: 46.07
-
Peso molecular del agua destilada: 18.016
Datos experimentales -
Temperatura: 20ºC
-
Índice de refracción del agua destilada a 20ºC: 1.3347
-
Índice de refracción del alcohol etílico a 20ºC: 1.3617
Determinando el número de moles Para hallar el número de moles de cada sustancia se aplicó las siguientes fórmulas, es decir que primero se halló la masa (Se usó el programa de Excel). w n
* v w
M
w = masa M = peso molecular
TABLA N°2 Masa -número de moles y fracción molar (Etanol-Agua) VETANOL VAGUA
IR
0
10
W(g) W(g) ETANOL AGUA Etanol agua 1.3291 0.81 1 0 10
2
8
1.3382
0.81
1
1.62
8 0.03516388 0.44444444 0.47960833
4
6
1.349
0.81
1
3.24
6 0.07032776 0.33333333
6
4
1.3578
0.81
1
4.86
4 0.10549164 0.22222222 0.32771387
8
2
1.3609
0.81
1
6.48
2 0.14065552 0.11111111 0.25176664
10
0
1.3622
0.81
1
8.1
n etanol
n agua
nt
0 0.55555556 0.55555556
0 0.17581941
0.4036611
0 0.17581941
Determinando la fracción molar A partir de los datos de la tabla anterior, se calculó la fracción molar de cada compuesto, con las siguientes fórmulas (Se usó el programa de Excel)
f ETANOL
f AGU A
1
n ETANOL nTOTAL
f ETANOL
TABLA N°3 Fracción molar (Etanol-Agua) N° 1 2 3 4 5 6
X ETANOL 1 0.5586742 0.32190168 0.17422477 0.07331791 0
X AGUA 0 0.4413258 0.67809832 0.82577523 0.92668209 1
IR 1.3617 1.3605 1.3569 1.3517 1.3449 1.3347
Se realizó las dos gráficas siguientes para obtener la curva de calibración
GRÁFICA N°1 IR vs Fracción molar del etanol X ETANOL vs IR 1.37 1.365
y = -0.0665x2 + 0.0965x + 1.3314 R² = 0.9645
1.36 1.355 R I
1.35 1.345 1.34 1.335 1.33 1.325 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
X ETANOL
GRÁFICA N°2 IR vs Fracción molar del agua X AGUA vs IR 1.367 1.362 1.357 1.352 R I
1.347 1.342 1.337 y = -0.0665x2 + 0.0365x + 1.3614 R² = 0.9645
1.332 1.327 0
0.2
0.4
0.6
X AGUA
0.8
1
V. CONCLUSIONES
Se graficó la fracción molar de la mezcla etanol-agua vs el índice de refracción.
Se determinó el índice de refracción para la mezcla de dos sustancias (etanol-agua) en diferentes proporciones.
Se logró hallar la fracción molar de los dos compuestos (Etanol- Agua)
VI. BIBLIOGRAFÍA
MÉTODOS INSTRUMENTALES DE ANÁLISIS. Willard, Hobarth; Merritt, Lynnel; Dean, John. A.. Editorial Continental, S.A; México, 1978.
DICCIONARIO DE QUÍMICA Y PRODUCTOS QUIMICOS. Ediciones Omega. S.A; Barcelona, 1975.
http://cursweb.educadis.uson.mx/payala/quimica_analitica2/Refracto metria.htm
