Refractometría

REFRACTOMETRÍA

I. Objetivos

1. Determinar el índice de refracción, refracción específica y refracción específica molar de líquidos puros como acetato de etilo, cloroformo, metanol, ciclo hexano, acetona, etanol y CuSO4.5H2O.

2. Determinar el índice de refracción y porcentaje de sólidos en soluciones de sacarosa 0,1 M y 0,2 M y de concentración desconocida.

3. Determinar el índice derefracción de soluciones de etanol-agua y su porcentaje de etanol en cada muestra.

4. Determinar el porcentaje de etanol en 2 muestras de licor: Whisky y Pisco.

II. Fundamento Teórico

Refracción de la luz

Es el fenómeno en el cual la luz viaja y se desvía al entrar en un medio de diferente densidad. El rayo de luz puede refractarse de forma oblicua formando diferentes ángulos deinclinación respecto a la vertical (figura 1). El caso más común se da cuando la luz pasa desde el aire hacia un líquido, formando los ángulos ϕv (ángulo de incidencia) y ϕm (ángulo de refracción en el medio) respectivamente.

Consideremos 2 rayos de luz que viajan a velocidades cv y cm en los medios de la figura 1. Dado que la luz se desvía hacia otro medio con diferente densidad, esto afectará suvelocidad y por ello ésta dependerá de su ángulo de inclinación respecto de la vertical. Por la ley de Snell, obtenemos la relación de velocidades:



Al cociente de la relación (2.1) se le conoce como índice de refracción. Éste es un parámetro que mide la relación entre los medios de refracción. Por ejemplo, si se pasa de un medio menos denso a uno más denso, la velocidad inicial (cv) serámayor y por ello > 1. Éste último será el caso que se estudiará en este experimento, ya que la luz pasará de un medio menos denso (aire) hacia uno más denso (líquidos).

El índice de refracción varía con la temperatura, presión, longitud de onda incidente, composición y cantidad de sustancia. En nuestro experimento, se mantendrán constantes temperatura, presión y composición de manera que cadalectura pueda ser comparada a los valores reportados en la literatura (que fueron medidos de la misma forma). Una aplicación bastante útil del índice de refracción, consiste en la caracterización de sustancias y la determinación cuantitativa del porcentaje de sólidos en un líquido y mezclas. Ambos procesos se realizan en un refractómetro. Para nuestro experimento se utilizará el refractómetro Abbeconectado a un baño termostatizado que mantendrá la temperatura constante. Suponiendo que el sol nos emite la misma longitud de onda y la composición y cantidad de sustancia no varían, se podrán tener valores únicos para cada sustancia.

Refractómetro Abbe

Consiste en el aparato mostrado en la figura 2, y está compuesto de una lente, tornillos que aumentan o disminuyen la longitud de onda y untornillo inferior que ajusta la línea horizontal a la del centro (figura 3). Tiene precisión de (0,0001) y los valores de η pueden ser tomados en un rango de temperatura de (0,2°C) en donde no hay variación significativa. Por otro lado, para el ingreso de la muestra líquida contiene un prisma el cual forma una película del líquido al cerrarse y asegurarse para cada lectura.


Para lasmediciones en este experimento, se tomará en cuenta la línea amarilla “D” del Sodio, tomando mediciones a 25°C, es decir nD25 y con una longitud de onda entre 589 y 589,6 nm. Para ello se calibra previamente el refractómetro con agua y se ubica la línea amarilla en la parte central de la imagen (donde se ubica la X) moviendo el tornillo inferior. Luego, se lee el índice de refracción y el porcentaje desólidos.

Refracción Específica

Aplicando la ecuación de Lorentz-Lorentz para un líquido puro, se obtiene mediante la siguiente relación:


Donde η es el índice de refracción (adimensional) y ρ es la densidad del líquido. Cabe mencionar que la refracción específica es independiente de la presión y temperatura.
Refracción Específica molar

Es la refracción específica (rD) multiplicada...