INGENIERÍA QUÍMICA Asignatura: Laboratorio y Taller de Proyectos
Trabajo: Practica L1.” Determinación de los niveles de tres propiedades físicas, análisis y correlación.
Alumnos: Alfaro Arrizon Alan Michell Carrasco García Patricia Itzel García González Salvador García Martínez Juan Gabriel Hernández Márquez Gerardo Méndez Elizalde Ruth Elizabeth Ramírez Zenteno Atziry Santillan Cadena Osiris Maileth Silva Larios Ludin
Profesor: I.Q. Bahena Aguilar Gilberto Grupo: 4653 Semestre: 2018-2
Fecha de entrega: 22 de febrero del 2018 ÍNDICE
RESUMEN La práctica dio inicio en el laboratorio con un ligero retraso de 30 min. Al comienzo de esta el equipo se dividió en 3 subequipos que procederían a determinar cada una de las 3 propiedades, se presentaron algunos problemas puesto que uno de los equipos de laboratorio no trabajaba en óptimas condiciones. En la preparación de disoluciones se buscó la distribución más adecuada del trabajo para lograr avanzar continuamente ya que el material fue solicitado para laborar de esta forma, preparando un sistema seguido de otro. La determinación de la densidad se realizó empleando el picnómetro y corroborando que la densidad calculada para el agua destilada fuera la que se presentara en la literatura. En la determinación del indice de refracción, el refractómetro presento algunos problemas, una vez resueltos se procedió a su calibración con agua destilada obteniendo un valor de 1.334 y posteriormente a la determinación de los valores para cada una de las disoluciones. Por último para la determinación de la solubilidad se requirió montar un sistema que permitiera determinar esta propiedad a diferentes temperaturas logrando así un cumplir el objetivo para cada análisis.
OBJETIVOS
Determinar los valores de la densidad, solubilidad e índice de refracción de soluciones S-L y L-L. Analizar el efecto que produce la variación de la concentración en la densidad e índice de refracción de soluciones. Analizar el efecto que produce la variación de la temperatura en la solubilidad de un sólido en agua (azúcar, sal común, barita y fluorita).
Itzel Carrasco
RESUMEN La práctica dio inicio en el laboratorio con un ligero retraso de 30 min. Al comienzo de esta el equipo se dividió en 3 subequipos que procederían a determinar cada una de las 3 propiedades, se presentaron algunos problemas puesto que uno de los equipos de laboratorio no trabajaba en óptimas condiciones. En la preparación de disoluciones se buscó la distribución más adecuada del trabajo para lograr avanzar continuamente ya que el material fue solicitado para laborar de esta forma, preparando un sistema seguido de otro. La determinación de la densidad se realizó empleando el picnómetro y corroborando que la densidad calculada para el agua destilada fuera la que se presentara en la literatura. En la determinación del indice de refracción, el refractómetro presento algunos problemas, una vez resueltos se procedió a su calibración con agua destilada obteniendo un valor de 1.334 y posteriormente a la determinación de los valores para cada una de las disoluciones. Por último para la determinación de la solubilidad se requirió montar un sistema que permitiera determinar esta propiedad a diferentes temperaturas logrando así un cumplir el objetivo para cada análisis.
OBJETIVOS
Determinar los valores de la densidad, solubilidad e índice de refracción de soluciones S-L y L-L. Analizar el efecto que produce la variación de la concentración en la densidad e índice de refracción de soluciones. Analizar el efecto que produce la variación de la temperatura en la solubilidad de un sólido en agua (azúcar, sal común, barita y fluorita).
Itzel Carrasco
HIPÓTESIS Se espera un comportamiento lineal en relación al cambio de las condiciones en cada uno de los sistemas a analizar, sin embargo, la variación entre estos sistemas se debe ver reflejada en los datos obtenidos ya que influirá de diferente manera los componente de cada uno en el medio acuoso, obteniendo para el sistema etanol-agua menores valores de densidad en índice de refracción y para el sistema de cloruro de sodio y agua una mayor solubilidad que el sistema de sacarosa-agua.
INTRODUCCIÓN DENSIDAD La densidad es una propiedad intensiva de la materia, es decir, no depende de la cantidad de sustancia; no obstante, si depende de la temperatura. La densidad de una sustancia se define como el cociente de su masa por unidad de volumen; por lo tanto, si conocemos la masa y el volumen de una sustancia (sólida, líquida o gaseosa), se puede determinar la densidad de la sustancia por medio de la siguiente ecuación: =
donde: = densidad de la sustancia.
m = masa de la sustancia V = volumen de la sustancia. DENSIDAD RELATIVA La densidad relativa es la relación existente entre su densidad y de otra sustancia de referencia; esto origina que sea una magnitud adimensional, y está dada por: =
donde:
= densidad relativa. = densidad de la sustancia. = densidad de referencia o absoluta.
Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En estas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m 3. DENSIDAD PARA GASES Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C. A demás es necesario conocer de que gas se trata para saber cuál es su masa molecular; teniendo estos datos, se puede aplicar la formula siguiente: =
Donde:
ρ = densidad.
P = Presión. M = masa molecular. R = Constante de los gases ideales T = temperatura a la cual se encuentra el MÉTODO PARA DETERMINAR DENSIDAD Para conocer la densidad de líquidos, es necesario determinar el volumen que ocupan y su masa. El volumen se determina con el material adecuado (probeta, pipeta, etc.) y la masa se determina empleando una balanza.
Figura 1. Ejemplo de cómo determinar la densidad usando una probeta. Picnómetro
Instrumento sencillo utilizado para determinar la densidad de los líquidos con mayor precisión. Es importante mencionar que los picnómetros deben de estar calibrados. La mayoría de ellos tienen termómetro para el registro de la temperatura. Ventajas: Desventajas: Aplicaciones principales: Método sencillo Vidrio fácil de Educativo: qué es la Instrumento romper densidad y cómo se relativamente Control termostático mide económico largo y difícil Control de Hay disponibles Se debe calcular la producción: donde instrumentos densidad (algunas se requiere más especiales para la balanzas incluyen precisión lectura directa del este cálculo) Laboratorios de porcentaje de Las lecturas análisis: donde no alcohol, azúcar dependen del se requiera GLP (Brix) o de otros operario, por lo que No es adecuado valores relacionados la exactitud es para muestras caras con la densidad limitada (se requiere un gran Sin protocolo de volumen). medición (no es adecuado para GLP) Se requiere un gran volumen de muestra
Tabla 1. Ventajas, desventajas y aplicaciones principales del picnómetro.
Figura 2. Fotografía de un picnómetro con termómetro. Osiris Santillan
SOLUBILIDAD Es la capacidad de una sustancia de disolverse en otra. Se expresa en términos de la masa de una sustancia (determinada el soluto), que puede disolverse en una masa de otra (denominada el disolvente).
Es importante mencionar que la solubilidad solo es para los sólidos ya que para los líquidos se le da el nombre de miscibilidad. S= M soluto/ M disolvente
DISOLUCIÓN Es una mezcla hom ogénea de dos o más componentes, “homogéneo” indica que la mezcla es uniforme en composición y propiedades, es decir, que cualquier porción de la solución es equivalente a cualquier otra, en concentración y propiedades físicas y químicas. Usualmente el componente en mayor proporción se denomina “solvente” y los que se hallan en menor proporción “solutos”. Se dice
que los solutos se disuelven en el solvente. Existen tres tipos de disolución:
Disolución saturada.- Una solución que a cierta temperatura esta en equilibrio y que está en contacto con exceso de sólido. Disolución sobresaturada.- Contiene menor cantidad de soluto, que lo que es capaz de disolver. Disolución insaturada.- Contiene más soluto que el que puede haber en una disolución saturada Itzel Carrasco
INDICE DE REFRACCIÓN Cuando un rayo de luz incide en la interfase o frontera entre dos medios transparentes parte de la energía luminosa se transmite y parte se refleja. desde la antigüedad se sabe que el rayo reflejado se dirige en una dirección tal que al ángulo de incidencia (definido por el rayo incidente y la dirección normal a la interfase) es igual al ángulo de reflexión (el ángulo entre la misma normal con el rayo reflejado): =
Esta es la ley de la reflexión, que puede ser representada como en la figura 3.
Figura 3. Esquema de la ley de reflexión. Es más, se sabe que las tres direcciones e, incluso, la del rayo transmitido, son coplanares; sin embargo, la relación entre la dirección del rayo transmitido y el rayo incidente fue más elusiva y hasta el siglo XVII se conoció correctamente. Esta es la famosa ley de la refracción o ley de Snell. Esta ley dice que el cociente de los senos de los ángulos de incidencia y el de refracción (definido de igual manera, el ángulo entre la normal y el rayo transmitido) es igual a una constante que depende del material de los medios 1 y 2: ( ) ( )
=
1 2
=
Las constantes n1 y n2 se conocen con el nombre de índice de refracción y son una medida del grado de desviación que sufre un rayo al transmitirse de un medio a otro medio. Además de lo anterior, podemos decir que el índice de refracción da cuenta de una gran diversidad de fenómenos en los que la luz es el protagonista central. Debido a ello su conocimiento es de fundamental importancia para un correcto conocimiento de la óptica, por un lado, además de que nos permite caracterizar materiales, por el otro. REFRACTÓMETRO Los refractómetros son instrumentos que emplean las propiedades ondulatorias de la luz para estudiar las propiedades de muestras atravesadas por rayos luminosos, es decir, basándose en la ley de Snell miden índices de refracción. Como se menciono anteriormente el estudio de la refracción puede ser interesante para muchos propósitos que incluyen desde el análisis de las propiedades de la luz hasta el estudio de los medios que atraviesa, por lo que presenta gran interés en áreas como la mineralogía o la química. Ha sido aplicado en el análisis de productos como aceites, grasas, chocolates, mantecas, esencias y otras
sustancias de interés industrial, ofreciendo en ocasiones, datos sobre la composición cuantitativa de algunas mezclas. Alan Alfaro
MATERIALES, REACTIVOS Y MÉTODO Materiales:
• • • • • • • • • • • •
Un vaso de precipitado de 1000 mL 5 vasos de precipitado de 250 mL 5 vasos de precipitado de 50 mL 2 probetas de 50 mL 3 picnómetros de 25 mL 3 pipetas de 1 mL 3 pipetas volumétricas de 10 mL 1 vidrio de reloj de 8 cm de diámetro 1 termómetro de -10 a 150 ºC con resolución de 1 ºC 2 espátulas con mango 1 piseta de 500 mL Algodón o klinex
Equipo:
• • • • •
1 balanza granataria 1 balanza analítica 1 baño de temperatura constante con recirculación 1 refractómetro 1 agitador caframo con propala
REACTIVOS
Sacarosa:
Peso molecular
Formula química
Información toxicológica
Controles de exposición y protección personal
Almacenamient o
342,30 g/mol
Inhalación: Puede ser nocivo si se inhala. Puede provocar una irritación en el tracto respiratorio
Respiratoria: Ventilación (no si es polvo), extracción localizada o protección respiratoria.
Separado de minerales ácidos.
C12H22O11
Ingestión: Puede ser nocivo si es tragado
Propiedades físicas y químicas
Manos: Guantes protectores.
1587 kg/m3
Piel: Puede ser nocivo si es absorbido por Ojos: Gafas de la piel. Puede protección de provocar una seguridad. irritación de la piel
Punto de fusión
186 ºC
Ingestión: No Ojos: Puede comer, ni provocar una beber, ni fumar irritación en los durante el ojos. trabajo.
Olor
Ligero olor
Color
Translúcido
Densidad
Estado físico Sólido cristalino Tabla 2. Propiedades de la sacarosa. Fluorita:
Controles de exposición y protección personal
Propiedades físicas y químicas
Información toxicológica
78.1 g/mol
Inhalación: Debe quedarse en aire limpio, reposo.
CaF2
Ingestión: Enjuagar la boca.
Manos: Guantes químicoresistentes.
3.2 g/cm3
Piel: Aclarar y lavar la piel con agua y jabón.
Ojos: Uso de gafas de seguridad
Punto de fusión
1403°C
Ojos: Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad), después proporcionar asistencia médica.
Olor
Sin olor
Color
Incoloro
Estado físico
Cristal
Peso molecular
Formula química
Densidad
Almacenamient o Conservarse en un lugar aislado fuera del sol y bien ventilado
Tabla3. Propiedades de la fluorita.
Barita:
Propiedades físicas y químicas
Peso molecular
Formula química
233.38 g/mol
BaSO4
Información toxicológica
Controles de exposición y protección personal
Almacenamient o
Ingestión: ¡No induzca el vómito! Administre grandes cantidades de agua.
Ojos: Utilice gafas protectoras contra productos químicos. Conservarse en Mantener en el un lugar aislado área de trabajo fuera del sol y una instalación bien ventilado destinada al lavado, remojo y enjuague rápido de los ojos.
Inhalación: Trasladar a la víctima al aire fresco. Si la respiración es difícil, suministrar oxígeno.
Inhalacion: Si se excede el límite de exposición, y no hay disponibilidad de controles de ingeniería, se puede usar un respirador para particulado que cubre media cara
4.47 g/cm3
Contacto Dérmico: Lave la piel inmediatamente con abundante agua por lo menos durante 15 min.
Punto de fusión
1580 ºC
Contacto Ocular: Lave bien los ojos inmediatamente al menos durante 15 minutos, elevando los
Olor
Sin olor
Color
Sin color, amarillo, blanco, marrón, azulado, etc.
Densidad
Estado físico Cristalino Tabla 4. Propiedades de la barita.
parpados superior e inferior ocasionalmente para asegurar la remoción del químico
Cloruro de sodio:
Propiedades físicas y químicas
Peso molecular
58.4 g/mol
Formula química
NaCl
Densidad
2.16 g/cm³
Punto de fusión
801 ºC
Olor
Inodoro
Color
Blanco
Información toxicológica
Controles de exposición y protección personal
Almacenamient o
Ojos: Enjuague inmediatamente los ojos con agua durante al Se deben usar menos 20 gafas de minutos, y Conservarse en seguridad, a mantenga un lugar aislado prueba de abiertos los fuera del sol y salpicaduras de párpados para bien ventilado productos garantizar que químicos se aclara todo el ojo y los tejidos del párpado.
Estado físico Cristalinos Tabla 5. Propiedades del cloruro de sodio
Etanol:
Peso molecular
Formula química
Densidad
Propiedades físicas y químicas
46.07 g/mol.
C2H6O
0.7893 g/cm3
Información toxicológica
Controles de exposición y protección personal
Almacenamient o
Inhalación: Translade a la víctima a un lugar ventilado. Aplicar respiración artificial si ésta es dificultosa, irregular o no hay. Proporcionar oxígeno.
Para manejar este producto es necesario utilizar bata y lentes de seguridad, en un área bien
Cantidades grandes de este producto deben ser almacenadas en tanques metálicos
ventilada. especiales para Ojos: Lavar Cuando el uso líquidos inmediatamente es constante, inflamables y con agua o es conveniente conectados a disolución utilizar guantes. tierra. En salina de No utilizar pequeñas manera lentes de cantidades abundante. pueden ser Piel: Eliminar la ropa contaminada y lavar la piel con agua y jabón.
contacto al trabajar con este producto.
almacenados en recipientes de vidrio. En el lugar de almacenamient o debe haber buena
Punto de fusión
-130 °C.
Olor
Característico
Color
Transparente
Estado físico
Liquido
Punto de ebullición
78.3 °C.
Ingestión: No inducir el vómito.
ventilación para evitar la acumulación de concentracione s tóxicas de vapores de este producto y los recipientes deben estar protegidos de la luz directa del sol y alejados de fuentes de ignición.
Tabla 6. Propiedades del etanol. Gerardo Hernández
PROCEDIMIENTO Preparar las siguientes soluciones:
Tabla 7. Disoluciones etanol-agua
Tabla 8. Disoluciones sacarosa-agua y sal-agua. Se recomienda preparar primero la solución etanol-agua y determinar inmediatamente su densidad e índice de refracción y después proceder con los otros sistemas. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD. 1. La densidad se determina utilizando un picnómetro limpio y seco. 2. Inicialmente, se pesa el picnómetro junto con su tapa en la balanza analítica. 3. La muestra se introduce con una pipeta volumétrica y se pesa nuevamente. 4. La densidad de la muestra se determina con la relación: = 5. Se registra la temperatura ambiente. 6. La muestra se devuelve a la solución y el picnómetro se lava y seca antes de proseguir con la siguiente determinación. DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE REFRACCIÓN. Calibración del Refractómetro: 1. Conectar el enchufe del cordón con el transformador externo en la posición estándar de 115 v CA y de 50 a 60 Hz. Bajar el interruptor del iluminador. 2. Abrir la parte superior del prisma y limpiar cuidadosamente el prisma de medición, con algodón, sin presionar demasiado. *No rayar el prisma. 3. Aplicar 1 o 4 gotas de agua destilada con una pipeta sin tocar la superficie del prisma. 4. Bajar el interruptor del iluminador y usar el tornillo hasta ajustar el índice de la escala (visible a través del ocular) al valor de 1.332 a 20 °C. 5. Enfocar con el ocular para una mejor definición de la retícula y la escala. 6. Ajustar la posición del brazo del iluminador. 7. Usar el disco compensador o el tronillo para centrar la línea divisoria de reflexión, exactamente sobre el punto de intersección de la retícula. 8. Repetir la medición varias veces.
9. Si el índice de refracción se dispara y no coincide con el valor indicado anteriormente, se debe insertar la llave Allen que trae el aparato en el orificio junto al tornillo, ajustando la escala hasta obtener el valor exacto. 10. Para proceder a hacer las determinaciones de las muestras se siguen los mismos pasos, evitando la presencia de burbujas, y procurando que la superficie del prisma quede cubierta antes y después de cada determinación. DETERMINACIÓN DE LA SOLUBILIDAD. a) Azúcar y Sal común. 1. En un vaso de precipitados de 250 ml se pesan 100 g de solvente en la balanza granataria y se coloca en un baño a temperatura constante con agitación. 2. Se agrega la sustancia a la que se le va a determinar la solubilidad poco a poco y se espera hasta que se disuelva en su totalidad; se vuelve a agregar más sustancia hasta que la disolución se sature. 3. Una vez saturada se saca el vaso de precipitados del baño de temperatura, se seca exteriormente y se pesa de nuevo. La diferencia de peso constituye el soluto disuelto en 100g de solvente. 4. Hacer las determinaciones a 30, 40 y 50 °C. En cada caso el solvente es agua. b) Fluorita y Barita. 1. Efectuar las mismas operaciones que con la sacarosa y el cloruro de sodio, excepto que se utilizará un vaso de precipitados de 1000 ml y se pesan 1000g de solvente. 2. La diferencia de peso constituye el soluto disuelto en 1000 g de solvente. 3. La fluorita y en especial la barita son altamente insolubles en agua por lo que se recomienda adicionar cantidades muy pequeñas de soluto.
DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD
Iam en 2.- Pesado del icnómetro vacío
Ima en 1.- Pesado del soluto
Imagen 4.- Pesado del picnómetro
Imagen 5.- Preparación de las disoluciones Agua-etanol
Imagen 7.- Disoluciones preparas, agua-azúcar.
Imagen 8.- Llenado del picnómetro.
Ima en 3.- Pre aración de la disolución a ua-azúcar
Imagen 6.- Disoluciones preparadas. Agua-etanol.
Imagen 9.- Llenado del picnómetro.
Imagen 10.- Pesado del picnómetro lleno.
DETERMINACIÓN DEL INDICE DE REFRACCIÓN
Imagen 11.- Calibración del refactómetro.
Imagen 13.- Uso del refactómetro.
Imagen 12.- Uso del refactómetro.
Imagen 14.- Uso del refactómetro.
DETERMINACIÓN DE LA SOLUBILIDAD
Imagen 16.- Uso del agitador Caframo
Imagen 15.- Determinación de la solubilidad
Ramírez Atziry y García Gabriel
RESULTADOS Concentraciones de las disoluciones empleadas. Sacarosa Masa molar
342.2965
g/mol
Las concentraciones debieron ser en %masa;
dado
a
una
fallida
gramos
n mol
Vol. (ml)
Molaridad
5.0415
0.01460722
0.05
0.2945
realización de dichas disoluciones
15.0161
0.04382166
0.05
0.8773
fue
25.0028
0.0730361
0.05
1.4608
concentración en molaridad.
recomendable
utilizar
la
Debido
Cloruro de Sodio Masa molar
a
que
las
disoluciones
58.5
g/mol
elaboradas con 15g y 25g no se
gramos
n mol
Vol. (ml)
Molaridad
lograron disolver por exceso de
5.1234
0.08547009
0.05
1.7515
soluto, se realizaron dos disoluciones
7.2046
0.11965812
0.05
2.4631
más empleando 7g y 10g para no
10.0095
0.17094017
0.05
3.4220
tener complicaciones en su uso
15.0194
0.25641026
0.05
5.1348
posterior.
25.0715
0.42735043
0.05
8.5714
Etanol
Las disoluciones de etanol se llevaron a cabo
Vol. Agua(ml)
Vol. Etanol (ml)
%vol
correctamente, de tal forma que se pudieron
0
100
100
obtener las concentraciones en %volumen, tal
25
75
75
como
50
50
50
disoluciones estábamos expuestos a una
75
25
25
pérdida de concentración debido a la alta
100
0
0
volatilidad presente en el etanol.
lo
indicaba
el
manual.
En
R es ultados de la determinación de la densidad Cloruro de sodio 1.7515 M 2.4631 M 3.4220 M
Vol. Pic (ml)
Peso pic(g)
Peso con disol. (g)
Diferencia (g)
Densidad (g/ml)
25
35.3942
59.2596
23.8654
0.954616
25
35.3718
60.3152
24.9434
0.997736
25
35.3809
61.1828
25.8019
1.032076
Tabla 9. Obtención de la densidad de diferentes disoluciones de Cloruro de sodio (Ver figura 4)
Sacarosa 0.2945 M 0.8773 M 1.4608 M
Vol. Pic (ml)
Peso pic(g)
Peso con disol. (g)
Diferencia (g)
Densidad (g/ml)
25
32.6139
58.8495
26.2356
1.049424
25
32.5941
60.7288
28.1347
1.125388
25
32.6047
62.667
30.0623
1.202492
Tabla 10. Obtención de la densidad de diferentes disoluciones de Sacarosa (Ver figura 5)
estas
Etanol
Vol. Pic (ml)
100% 75% 50% 25% 0%
Peso pic(g)
Peso con disol. (g)
Diferencia (g)
Densidad (g/ml)
25
32.9514
53.113
20.1616
0.806464
25
32.8467
54.815
21.9683
0.878732
25
32.9398
56.1615
23.2217
0.928868
25
32.7993
57.0987
24.2994
0.971976
25
32.9328
57.9192
24.9864
0.999456
Tabla 11. Obtención de la densidad de diferentes concentraciones de etanol (Ver figura 6)
Cloruro de sodio ) 1.05 l m / 1 g d a d i 0.95 s n e D 0.9
1.7515 M
2.4631 M
3.4220 M
Concentración (molaridad) Figura 4.
Sacarosa ) 1.3 l m1.2 / g 1.1 ( d a 1 d i s 0.9 n e D
0.2945 M
0.8773 M
1.4608 M
Concentración (molaridad) Figura 5.
Etanol 1.5 ) l m / g 1 ( d a d i 0.5 s n e D 0 100%
75%
50%
25%
0%
Concentración(%vol etanol) Figura 6.
Ruth Elizalde
R es ultados de la determinaci ón del índice de refracción. SISTEMA ETANOL- AGUA (% EN VOLUMEN) %ETANOL
%AGUA
100 75 50 25 0
0 25 50 73 100
VOL. ETANOL [ml] 30 22.5 15 7.5 0
VOL. AGUA [ml] 0 7.5 15 22.5 30
DENSIDAD INDICE DE TEMPERATURA [g/ml] REFRACCIÓN [°C] 0.806464 0.878732 0.928868 0.971976 0.999456
1.364 1.363 1.358 1.345 1.334
20 20 20 20 20
Tabla 12. Obtención de índice de refracción para el sistema Etanol-agua.
SISTEMA SACAROSA-AGUA (Molaridad) MASA MOLAR SACAROSA = 342.2965 g/mol MASA MASA CONCENTRACI N AZUCAR [g] AGUA [g] [M] 0 50 0 5.0415 45 0.2945 15.0161 35 0.8773 25.0028 25 1.4608
DENSIDAD [g/ml] 0.999456
INDICE DE REFRACCIÓN 1.334
1.049424 1.125388 1.202492
1.35 1.377 1.406
Tabla 13. Obtención de índice de refracción para el sistema sacarosa-agua.
SISTEMA CLOURO DE SODIO-AGUA (Molaridad) MASA MOLAR = 58.5 g/mol MASA MASA AGUA DENSIDAD INDICE DE CONCENTRACIÓN AZUCAR [g] [g] [g/ml] REFRACCIÓN [M] 0.999456 0 50 1.334 0 5.1234 50 0.954616 1.7515 1.351 7.2046 50 0.997736 2.4631 1.358 10.0095 50 1.032076 3.422 1.366 Tabla 14. Obtención de índice de refracción para el sistema cloruro de sodio-agua.
ANALISIS DE RESULTADOS SISTEMA ETANOL- AGUA En este primer sistema se puede observar como varia el índice de refracción de las disoluciones a sus determinadas concentraciones, mostrándonos un comportamiento no lineal que, como primer punto podemos decir que la densidad de cada una de ellas está teniendo influencia en la desviación del haz de luz que pasa por esta misma. Esta desviación podría explicarse como el choque de las ondas electromagnéticas que al pasar por una disolución con una mayor concentración de partículas presenta un retraso en su velocidad al cruzar el medio, sin embargo, al tratarse de un comportamiento no lineal podemos asumir que hubo errores al momento de la preparación de dichas disoluciones que repercutieron en la correcta medición en el refractómetro. N E Ó I 1.37 D C E C1.36 C I A R D F1.35 N I E R1.34
CONCENTRACIÓN vs INDICE DE REFRACCIÓN
1.33 0
20
40
60
CONCENTRACIÓN
80
100
120
[ % ALCOHOL ]
Figura 7.
Obteniendo una correlación entre el índice de refracción y la influencia de la densidad podemos decir que la siguiente ecuación nos representa el comportamiento para este sistema. Y = -0.129065X + 1.472965
DENSIDAD vs INDICE DE REFRACCIÓN 1.38
N 1.36 E Ó I D C1.34 E C C I A1.32 R D 0 F N I E R
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
DENSIDAD [g/ml]
Figura 8. Silva Larios Ludin
SISTEMA SACAROSA- AGUA Manejando las concentraciones molares para estas disoluciones se obtuvo una relación lineal respecto al aumento de la cantidad de partículas de sacarosa disueltas en agua que se muestra en el siguiente gráfico. A medida que la concentración era mayor, mayor tiempo tardaba el haz de luz en cruzar este medio, por lo que este choco con más partículas que conforme aumentaba la cantidad de ellas el haz experimentaba una pérdida de velocidad que se vio reflejada en el aumento del índice de refracción del conjunto de disoluciones.
CONCENTRACIÓN vs INDICE DE REFRACCIÓN N1.42 E Ó I D C 1.4 E C1.38 C I A R1.36 D F N I E1.34 R 1.32 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
CONCENTRACIÓN [M]
Figura 9.
La influencia de la densidad en el índice de refracción la vemos representada en un modelo lineal de la siguiente forma: Y = 0.355683X + 0.977564
DENSIDAD vs INDICE DE REFRACCIÓN N 1.42 E Ó I D C 1.4 E C C A 1.38 I R D F1.36 N I E R 1.34
1.32 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
DENSIDAD [g/ml]
Figura 10.
La curvatura que se alcanza a percibir en la distribución pudo presentarse por los errores de pesado ya que no se emplearon cifras exactas en la medición de cada Silva Larios Ludin
1.4
reactivo, sin embargo, no es significativa ya que tiene un valor de correlación muy cercano a 1 (0.999528).
SISTEMA CLOURO DE SODIO-AGUA Al igual que el sistema de sacarosa-agua se observa que a medida que aumentaba la cantidad de partículas de NaCl disueltas en agua el haz de luz experimentaba una pérdida de velocidad al cruzar por este medio, sin embargo, los valores del índice de refracción entre estas dos mezclas variaban a pesar de que su comportamiento es igual. Esto podría deberse al arreglo molecular que presenta cada mezcla ya que las moléculas de cada soluto tienen diferente comportamiento en un medio acuoso y por tanto el tamaño de la molécula, la distribución en el medio o la interacción entre ellas varían para cada uno de estos sistemas.
CONCENTRACIÓN vs INDICE DE REFRACCIÓN 1.37
N 1.36 E Ó I D C1.35 E C C I A1.34 R D F1.33 N I E 0 R
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
CONCENTRACIÓN [M] Figura 11.
Al graficar la los valores de densidad contra índice de refracción se presentó un error en la determinación de la densidad, esto no permite obtener una comportamiento muy próximo al verdadero en el sistema, por lo tanto no hay ecuación que lo represente ya que no es confiable a partir de estos datos.
DENSIDAD vs INDICE DE REFRACCIÓN 1.37 n1.36 ó i c c1.35 a r f 1.34 e r e d1.33 e c 0.95 i d n i
0.96
0.97
0.98
0.99
1
1.01
1.02
1.03
DENSIDAD [g/ml]
Figura 12. Silva Larios Ludin
1.04
R es ultados de la determinaci ón de la s olubilidad Temperatura: Masa del vaso Masa del vaso con Diferencia 30ºC solo con agua (g) disolución (g) (g) Sacarosa
212
286.1
74.1
74.1 g/ 100 g H2O
Cloruro de 207.1 241.1 34 sodio. Tabla 15. Solubilidad de la sacarosa y cloruro de sodio a 30°C
34 g/ 100 g H2O
Temperatura: Masa del vaso Masa del vaso con Diferencia 40ºC solo con agua (g) disolución (g) (g) Sacarosa
211.5
291.9
Solubilidad
Solubilidad
80.4
80.4 g/ 100 g H2O
Cloruro de 211.9 257.75 45.85 sodio. Tabla 16. Solubilidad de la sacarosa y cloruro de sodio a 40°C
45.85 g/ 100 g H2O
Temperatura: Masa del vaso Masa del vaso con Diferencia 50ºC solo con agua (g) disolución (g) (g) Sacarosa
217.7
302.05
Solubilidad
84.35
84.35 g/ 100 g H2O
Cloruro de 211 259.4 48.4 sodio. Tabla 17. Solubilidad de la sacarosa y cloruro de sodio a 50°C
48.4 g/ 100 g H2O
Graficas Temperatura vs Solubilidad.
Sacarosa - Agua. ) 85 O 2 H80 g 0 0 1 75 ( d a d i 70 l i b u 0 l o S
Figura 13.
10
20
30
Temperatura
40
50
60
Cloruro de sodio-Agua 60 ) O50 2 H g 40 0 0 1 ( 30 d a d i 20 l i b u l o 10 S
0 0
10
20
30
40
50
60
Temperatura (ºC)
Figura 14. Salvador García
ANALISIS DE RESULTADOS Como primer punto se tiene la consideración de las condiciones a las cuales se llevó acabo el experimento, se estaba a una temperatura ambiente y a una presión de aproximadamente 0.97 atm; el picnómetro no indicó la temperatura a la cual se encontraba nuestra disolución, dicha temperatura se encontraba para todas las disoluciones en un rango de 20°C a 23. Es importante señalar las condiciones de la obtención de los datos, dado que son factores que intervienen en dicha propiedad debido a que existe una variación en el volumen de la sustancia, aunque es necesario mencionar que en el caso de los liquido no tienen un gran impacto a comparación de con lo gases. Incluso comparando los resultados de sustancias como el agua(densidad en tablas: 1g/ml) y alcohol(densidad en tablas: 0.75 g/ml) con datos ya tabulados a 1 atm y 25°C existe una variación pequeña, esto sin considerar que solo se realizó la determinación una vez y que los datos tabulados llevan una verificación más estricta. Aclarando esto podemos realizar una comparación entre las sustancias que están especificadas bajo un mismo tipo de concentración, es decir, de las disoluciones de sacarosa y cloruro de sodio; realizando un análisis de las concentraciones podemos observar que en las primeras disoluciones en ambas se utilizó 5g de cada soluto y a pesar de eso la concentración de la disolución de cloruro de sodio es mayor que la de la sacarosa, esto radica en la diferencia de número de moles
de la sustancia; sin embargo, las densidades de las disoluciones de la sacarosa son mayores a las de cloruro de sodio. Por otro lado obtenemos que a una mayor concentración (independientemente si es sacarosa o cloruro de sodio ) se tiene una mayor densidad, debido a que si tenemos un incremento de concentración es porque hay una mayor cantidad de soluto en la sustancia lo cual interfiere directamente con el peso de la disolución. En el caso del etanol se tiene un efecto contrario ya que la disolución al 0%, es decir, la que solamente contiene agua muestra una densidad mayor a la de 100%, la cual solo contiene etanol. Esto ocurre debido a que el peso del agua es mayor que el del alcohol. Ruth Elizalde
Se puede notar gráficamente que la sacarosa es más soluble en el agua, debido a que este es compuesto covalente polar mientras que el cloruro de sodio es compuesto iónico que hace más difícil la disociación de sus moléculas en un solvente polar como lo es el agua. Claramente la temperatura jugo un papel muy importante aumentando la solubilidad de ambas disoluciones. Esto es debido a que las disoluciones a mayor temperatura se incrementa la energía cinética de sus moléculas de soluto y de disolvente, favoreciendo así los choques efectivos entre estas. Pero solo hasta cierto punto se pudo seguir aumentando la solubilidad, ya que en ambas disoluciones se alcanzaba su punto de saturación más rápidamente. Salvador García
CONCLUSIONES Al término del experimento y análisis de los datos podemos concluir que en el caso de líquidos no existe una variación significativa de la densidad de las disoluciones con respecto a la temperatura y a la presión. Lo que sí influye de manera más significativa es en las concentraciones, ya que si está aumenta la densidad también aumenta, pero solo para el caso de la sacarosa y cloruro de sodio; para el caso del etanol es un efecto contrario. Ruth Elizalde
Por otro lado la determinación del índice de refracción se vio afectada por el aumento de la concentración y por ende el de la densidad, este fenómeno puede ser resultado de la cantidad de masa disuelta que interactúan en la mezcla
