PRACTICA 8 (Maneja El Polarímetro de Acuerdo Con Las Instrucciones de Operación Para Identificar Las Propiedades Ópticas de Una Sustancia Química)

ANDRÉS ROMERO NAVARRO PRÁCTICA 8

INTRODUCCIÓN El polarímetro más rápido del mundo P8000 tiene un tiempo de medición de un segundo El polarímetro es un instrumento mediante el cual podemos determinar el valor de la desviación de la luz la luz polarizada por polarizada por un estereoisómero ópticamente activo (enantiómero) (ver (enantiómero) (ver isomería isomería y estereoisomería). estereoisomería). A partir de un rayo de luz, a través de un filtro polarizador obtenemos un rayo de luz polarizada plana, que al pasar por un portamuestras que contiene un enantiómero en disolución, se desvía. Según la orientación relativa entre los ejes de los dos filtros polarizantes, la luz polarizada pasará por el segundo filtro o no.

GENERALIDADES La luz polarizada Al contrario de lo que ocurre con algunos animales como perros, gatos, peces, etc., el ojo humano no puede distinguir entre la luz polarizada y la no polarizada, por lo que el estudio de esta importante propiedad de la luz no se ha producido hasta fechas más o menos recientes. La luz polarizada puede ser definida como un conjunto de ondas luminosas que vibran todas ellas en un solo plano, mientras que en la luz no polarizada el plano de vibración varía rápidamente, a razón de cien millones de veces por segundo. Se puede visualizar fácilmente el fenómeno con un símil mecánico como, por ejemplo, una cuerda que se hace serpentear formando ondas entre sus dos extremos. Si no existe ningún impedimento — "si "si no está polarizada", se diría en el caso de la luz — la la cuerda puede moverse en cualquier plano, es decir, puede adoptar una vibración perpendicular, paralela u oblicua al suelo, cambiando fácilmente de una situación a otra con un pequeño movimiento de los extremos de la cuerda. Si, por el contrario, la cuerda se mueve entre dos planchas metálicas perpendiculares al suelo y muy próximas, es evidente que sólo podrá vibrar en el plano perpendicular al suelo. En este caso, que corresponde a la luz polarizada, si se colocan dos nuevas planchas metálicas muy próximas pero paralelas al suelo, la vibración de la cuerda se hace imposible. Sólo podrá vibrar si las nuevas planchas se encuentran en la misma posición que las primeras, lo que en el caso de la figura supone que las dos planchas sean situadas en posición perpendicular al suelo. En el caso de la luz, los prismas polarizador polarizadores es juegan el mism mismoo papel que las planchas metálicas, es decir, cuando un rayo luminoso sólo puede ser observado a través de estos prismas si se encuentran en una posición po sición adecuada uno respecto a otro.

Primeros estudios Si bien el fenómeno aparece ya descrito en trabajos de Christian de Christian Huygens sólo fue estudiado a fondo en

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el siglo XIX, gracias a las investigaciones de autores como el francés Jean francés Jean Baptiste Biot (1774-1862) o el alemán Thomas Johann Seebeck (1770-1831). Estos analizaron no solo los ya conocidos efectos producidos por sólidos cristalinos como el espato de Islandia, sino también el comportamiento de disoluciones de ciertas sustancias de origen vegetal y animal. Para confirmar sus experiencias, Biot encargó al constructor de instrumentos Nicolas Fortin (1750-1831) un sencillo aparato que consistía en un prisma analizador y un tubo cilíndrico para introducir la muestra analizada, a través del que pasaba la luz polarizada. De este modo, Biot pudo comprobar que ciertas sustancias de origen natural como “el aceite esencial del laurel” hacían “girar la luz de derecha a izquierda, al igual que la trementina” mientras que, por el contrario, “el aceite esencial del limón y la disolución de alcanfor en alcohol” lo hacían “de izquierda a derecha”. Más adelante, las primeras sustancias fueron denominadas “levógiras” y las segundas “dextrógiras”. También comprobó Biot que la desviación era mayor a medida

que aumentaba el grosor de la capa de líquido atravesada y, más adelante, diseñó un polarímetro semejante al que aparece en la figura adjunta, con el que realizó numerosas investigaciones sobre un gran número de sustancias.

Los primeros polarímetros En 1828, el fabricante de instrumentos escocés William escocés William Nicol (1768-1851) ideó los prismas que acabaron siendo conocidos con su nombre, que se convirtieron, más adelante, en una pieza clave de los polarímetros. Se trataba de dos porciones de espato de espato de Islandia, Islandia, una variedad incolora de la calcita, unidas por una de sus caras. Un Prisma de Nicol permite Nicol permite polarizar la luz en un determinado plano, de modo que, al pasar por un nuevo prisma de nícol, sólo se observa la intensidad luminosa inicial si éste último se encuentra en la misma posición que el primero. Si entre los dos prismas se coloca una sustancia ópticamente activa, el plano de la luz polarizada girará al pasar a través de esta sustancia y, por lo tanto, el segundo prisma deberá ser colocado en una posición ligeramente diferente al primero para observar luz. La diferencia entre la posición del primero y la del segundo indica el poder rotatorio de la muestra analizada y a partir de este valor se pueden calcular diversas características de la sustancia.





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PRÁCTICA 8

con el objetivo de realizar determinaciones cuantitativas de la concentración química de ciertas sustancias. Quizás la sustancia que jugó un mayor papel en estas investigaciones fue el azúcar, cuyo interés comercial se acrecentó a lo largo del siglo XIX hasta transformarse en un producto de gran importancia económica. Bajo este impulso, se desarrollaron aparatos especialmente adaptados para este objetivo que se denominaron “sacarímetros”. Estos aparatos fueron también empleados en medicina para

la determinación del contenido de azúcar de la orina de los diabéticos, unas investigaciones en las que también Biot fue pionero en los años cuarenta del siglo XIX. También fueron empleados para investigaciones mucho más teóricas encaminadas a dilucidar, por ejemplo, las características del equilibrio químico o la velocidad de las reacciones químicas. El principio de funcionamiento de estos sacarímetros es bastante simple. Disponen de un sistema destinado a la medición de la variación del plano de polarización de la luz. Dado que esta variación se puede relacionar fácilmente con la concentración conce ntración de la sustancia, el e l aparato puede calibrarse y emplearse para determinar la cantidad de un determinado producto en una muestra de composición desconocida.

D-(β)-Galactopiranosa

Fórmula semidesarrollada Fórmula molecular Número CAS ChEBI ChemSpider PubChem Densidad Masa molar Punto de fusión Punto de ebullición

CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CH2OH C6H12O6 Identificadores 26566-61-01 26566-61-01 28061 388480 439357 Propiedades físicas 1732 kg 1732 kg/m3; /m3; 1,732 1,732 g g/cm3 /cm3 180.08 g 180.08 g/mol /mol 440,15 K (167 °C) 683,95 K (411 °C)






PRÁCTICA 8

La galactosa es un azúcar simple o monosacárido o monosacárido formado por seis átomos de carbono de carbono o hexosa, que hexosa, que se convierte en glucosa en glucosa en el hígado el hígado como aporte energético. Además, forma parte de los glucolípidos los glucolípidos y las glucoproteínas las glucoproteínas de lasmembranas lasmembranas celulares, sobre celulares, sobre todo de las neuronas. las neuronas. Desde el punto de vista químico es una aldosa, una aldosa, es decir su grupo químico funcional es un aldehído (CHO) ubicado en el carbono 1, o carbono o carbono anomérico. Por anomérico. Por otra parte, al igual que la glucosa, pertenece al grupo de las hexosas, las hexosas, que son monosacáridos son monosacáridos (glúcidos simples) formados por una cadena de seis átomos de carbono. de carbono. Su fórmula molecular o empírica es igual a la de la glucosa: C6H12O6, aunque difiere de ésta por ser un epímero un epímero de la glucosa la glucosa en el Carbono el Carbononúmero número 4, es decir, que el grupo de alcohol de este carbono está dirigido hacia la izquierda (en la fórmula lineal, en la forma cíclica se encuentra dirigida hacia arriba). La galactosa es una piranosa ya que teóricamente puede derivarse del anillo de seis lados formado por 5 átomos de carbono y 1 de oxígeno, llamado pirano. Por ello en su forma cíclica se denominará galactopiranosa, existiendo la forma β si el -OH unido al carbono anomérico esta hacia

arriba, y la forma α si el -OH unido al carbono anomérico está hacia abajo. De igual forma existe la forma D y la forma L, siendo la primera la más abundante de forma natural. La galactosa es sintetizada por las glándulas mamarias para producir lactosa, lactosa, que es un disacárido formado por la unión de glucosa y galactosa, por tanto el mayor aporte de galactosa en la nutrición proviene de la ingesta de lactosa de la leche.

Sacarosa

Nombre IUPAC






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CH-CH)-CH2-OH C12H 12H22O1 22O111

Fórmula molecular Identificadores

57-50-11 57-50-11 WN6500000 17992 5768 02772 5988

Número CAS Número RTECS ChEBI ChemSpider DrugBank PubChem Propiedades físicas Apariencia Densidad Masa molar Punto de fusión Punto de descomposición Propiedades químicas Acidez Solubilidad enagua enagua

cristales blancos 1587 kg 1587 kg/m3; /m3; 1.587 1.587 g g/cm3 /cm3 342,29754(6) g 342,29754(6) g/mol /mol 459 K (186 °C) 459 K (186 °C) 12,62 pKa 203,9 g/100 ml (293K)

Su nombre abreviado puede escribirse como Glc(a -1à 2)Fru o como Fru(b 2à 1)Glc. La sacarosa es un producto intermedio principal p rincipal de la fotosíntesis, en variados vegetales constituye la forma principal de transporte de azúcar desde las hojas a otras partes de la planta. En las semillas germinadas de plantas, las grasas y proteínas almacenadas se convierten en sacarosa para su transporte a partir de la planta en desarrollo. Una curiosidad de la sacarosa es que es triboluminiscente, es triboluminiscente, lo cual significa que produce luz mediante una acción mecánica. Posee un poder rotatorio de +66.

Los polarímetros de penumbra son los más frecuentes en los laboratorios de investigación y






PRÁCTICA 8

En el caso del polarímetro de Laurent de Laurent la lámina de semionda, semionda, o lámina birrefringente de cuarzo, cubre solamente la mitad del prisma polarizador. El haz de luz que emerge de este se descompone en otros dos cuyos planos de polarización forman un determinado ángulo que a la salida de la lámina constituyen dos clases de luz polarizada en planos perpendiculares. Si las amplitudes son iguales y la diferencia de camino es de un cuarto de longitud de onda o un múltiplo impar de esa fracción, se tiene un rayo polarizado circularmente; si son desiguales, la disposición es tal que resulta un rayo polarizado elípticamente. Se observan dos campos en los que inciden rayos que vibran según direcciones que forman un determinado ángulo. El analizador puede recoger ambos haces de luz, uno de ellos o ninguno de los dos. Así se pueden observar las imágenes que se recogen en el dibujo. Colocado el tubo de disolución entre los dos prismas del instrumento, ambas mitades del campo de observación aparecen igualmente iluminadas si la sustancia que lo llena es agua destilada o un disolvente inerte. En el caso de que contenga una disolución de sustancia ópticamente activa, desaparece la igualdad de campos y para restablecerla se precisa girar el analizador un de terminado ánguloa ángulo a cuyo valor permite el cálculo de la concentración de la disolución a expensas del poder rotatorio específico del soluto y de la longitud del tubo, [a] y [a] y l respectivamente, mediante la aplicación de la fórmula de Biot p=100a/[a] Biot p=100a/[a] l , que facilita el valor de la masa de soluto (expresada en gramos) en 100 g de disolvente. Laurent, Auguste. (1807-1853).

Químico francés que contribuyó al conocimiento de la estructura de los compuestos orgánicos. Descubrió varios compuestos orgánicos importantes y, con Charles Gerhardt, desarrolló una clasificación sistemática de ellos. Intentaron racionalizar la composición y las reacciones de compuestos orgánicos desde el punto de vista "unitario" según su teoría, que era opuesta a la de Justus von Liebig y Berzelius, preconizadores de la teoría dualística, según la cuál cada compuesto químico representa una combinación de un componente electropositivo y otro electronegativo. Laurent utilizó un método para la determinación precisa de pesos atómicos ayudando con ello a la aceptación de la ley de Avogadro. La publicación, en 1854, de su " El Método Químico " le reportó nombre y consideración.

La polarimetría es la medición de la rotación angular de las sustancias las sustancias ópticamente activas en un plano








Comité Internacional para la Unificación de Métodos para Análisis de Azúcar), la OIML refiere a ICUMSA para las normas y parámetros. Un polarímetro Un polarímetro es el instrumento el instrumento de medición utilizado para realizar la medición de la suma algebraica de las rotaciones angulares de las sustancias ópticamente activas. También se utiliza en interpretación de la polarización la polarización de ondas transversales, transversales, más notablemente ondas notablemente ondas electromagnéticas, electromagnéticas, tales como ondas de radio o de luz. Típicamente la polarimetría se realiza sobre ondas electromagnéticas que han viajado a través o han sido reflejadas, sido reflejadas, refractadas, refractadas, o difractadas por difractadas por algún material para caracterizarlo. Para medir estas propiedades han habido muchos diseños de polarímetros. ICUMSA reconoce tres categorías principales para polarímetros, clase: I, II y III, siendo la última en la que se enmarcan los polarímetros digitales digitales y/o automáticos. Existen dos clases de principales de polarímetros los circulares y/o convencionales y los de cuña de cuarzo. Polarímetros más sensibles están basados en interferómetros en interferómetros o empleando lámparas espectrales, mientras que los polarímetros más convencionales están basados en arreglos de filtros polarizadores, Filtro polarizadores, Filtro interferencia o Filtro de color y Filtro analizador; también analizador; también los hay empleando otros dispositivos. También se puede emplear para un proceso de polarimetría realizado por una computadora, tal como se hace con el radar el radar de apertura sintética polarimétrico. sintética polarimétrico. La polarimetría de películas delgadas y superficies es comúnmente conocida como Elipsometría. como Elipsometría. La polarimetría también puede ser utilizada para medir varias propiedades ópticas de un material, incluyendo la birrefringencia la birrefringencia lineal, la birrefringencia circular






PRÁCTICA 8

Midiendo la actividad óptica Las muestras ópticamente activas, activas, tales como disoluciones de moléculas quirales, exhiben ocasionalmente birrefringencia circular. La birrefringencia circular causa la rotación del plano de polarización de la luz la luz polarizada al pasar a través de la muestra. En una luz convencional, las vibraciones ocurren en todos los planos perpendicularmente a la dirección de propagación. Cuando se le permite pasar a través de un prisma de Nicolo prisma Nicolo prisma de Glan Thompson entonces sus vibraciones en todas las direcciones excepto la dirección del eje del prisma son bloqueadas. La luz que emerge del prisma se dice que está "polarizada en el plano" debido a que vibra en una única dirección. Si dos prismas polarizadores son colocados con sus planos de polarización paralel para lelos os entre sí, entonces los rayos ra yos de luz que emergen desde el primer prisma entrarán al segundo. Como resultado se observa una luz brillante. Si se rota el segundo prisma en un ángulo de 90°, la luz que emerge del primer prisma es detenida por el segundo debido a lo cual se observa una oscuridad. el primer prisma es usualmente llamado polarizador llamado polarizador y el segundo prisma es llamado analizador. La fuente de luz utilizada para las mediciones primarias de polarimetría es la de 546 nm, (luz de mercurio), también se emplea la luz de Sodio, 589 nm, aunque esta última 589,44 nm es el pico máximo de las longitudes de luz que emite el sodio; modernamente y en consecuencia que la firma Schmidt firma Schmidt & Haensch, Alemania, Haensch, Alemania, patentara el uso de cuña de cuarzo para medir la rotación angular, (aprox. en 1.864), también se emplea en la industria azucarera la longitud de 587 nm. Modernamente para evitar el uso del plomo como agente clarificante se utiliza la longitud de 882,6 nm y se llamó polarimetría NIR, (Near Infra Red - Cercano al Infra Rojo).






PRÁCTICA 8

ESTO SE RELACIONA CON LA LUZ POLARIZADA POLARIZ ADA QUE ES UN CONJUNTO DE ONDAS LUMINOSAS QUE VIBRAN EN UN SOLO SOL O PLANO, ESTE TIPO DE LUZ ES UTILIZADA PARA DISTINGUIR LA ESTEREOQUÍMICA DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS MEDIANTE EL POLARÍMETRO Y MEDIANTE EL POLARÍMETRO PODEMOS DETERMINAR EL VALOR DE LA DESVIACIÓN DE LA LUZ POLARIZADA POR UN ESTEREOISOMERO ÓPTICAMENTE ACTIVO.

LOGRO RASGO

PERSONAL

EQUIPO

GRUPO

RESPONSABILIDAD

100%

95%

90%

ACTITUD

100%

98%

90%

CALIDAD

100%

90%

80%

DESEMPEÑO

100%

955

90%










PRÁCTICA NO. 8:MANEJA EL POLARÍMETRO DE ACUERDO CON LAS INSTRUCCIONES DE OPERACIÓN PARA IDENTIFICAR LAS PROPIEDADES ÓPTICAS DE UNA SUSTANCIA UÍMICA

PRACTICA 8 (Maneja El Polarímetro de Acuerdo Con Las Instrucciones de Operación Para Identificar Las Propiedades Ópticas de Una Sustancia Química)

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