DENSIDAD E INDICE DE REFRACCION DE

SISTEMAS BINARIOS LIQUIDOS A DIFERENTES

TEMPERATURAS

QUISPE BAUTISTA WILMER

Fisicoquímica

Ingº. PEREZ CHAUCA, Fernando

AYACHUCHO – PERÚ

2009

Determinar las densidades de las mezclas de sistemas binarios por picnometría a diferentes temperaturas

Determinar los índices de refracción de mezclas de sistemas binarios

de líquidos a diferentes temperaturas.

Construir graficas patrón de densidad versus composición a diferentes temperaturas

Construir graficas patrón de índice de refracción versus composición a diferentes temperaturas

Determinar la composición de la muestra problema conociendo su índice de refracción

Calcular los volúmenes de cada solvente empleado para preparara la muestra problema

Calcular la refractividad molecular de los solventes puros con la ecuación de Lorentz-lorentz

Calcular el índice de refracción de las mezclas y comprarlas con las experimentales

II. RESUMEN DE LA REVISION BIBLIOGRAFICA

El ojo humano es sensible a la radiación electromagnética (luz) con la

longitud de onda en el rango 4000-7500 pero no hay limite ni superior ni

inferior para los valores de longitud de onda y de frecuencias de una onda

electromagnética .

La luz se refracta al pasar de un medio a otro ,la luz siempre se propaga

mas lentamente en un medio material que en el vació un rayo de luz que

pasa del aire al agua cambia bruscamente de dirección en la superficie la

figura N º 1.2.

Normal normal

Angulo

De refracción

Aire vidrio

Agua aire

Angulo

Ángulo de

De incidencia

incidencia

Nótese que losa rayos pasan el agua al aire en un caso y del aire al vidrio en

otro caso.

La trayectoria de la luz mostrada es reversible. los dos ángulos importantes

son el Angulo de incidencia y de refracción que se miden entre los rayos

luminosos y la normal .cuando la luz pasa del vidrio o del agua hacia el aire ,

se desvía alejándose de la normal , debido al fenómeno de refracción por ello

el agua parece tener menos profundidad que la verdadera,. Todas las

frecuencias de l radiación electromagnética viajan a la misma velocidad c = 3

x 10 10 cm. / seg. en el vació.

Sea CB la velocidad de la luz en la sustancia B depende de la naturaleza de la

luz. La relación c /CB para una frecuencia dada de luz es el índice de

refracción de la sustancia B para esa frecuencia.

nB = C

CB

Los químicos orgánicos usan el índice de refracción como una

propiedad conveniente medida para ayudar a caracterizar un líquido.

Cuando un haz luminoso pasa oblicuamente de una sustancia a otra, se

tuerce o refracta debido a la diferencia de velocidades en las dos

sustancias.l cantidad de refracción depende de la relación de velocidades de

la luz en las dos sustancias y por tanto de los índices de refracción de las

sustancias .

El índice de refracción es la relación de dos velocidades.

Esta demostrando que la velocidad de la luz en el aire es alrededor de 1.3

veces mayor que el agua. A esta relación se llama índice de refracción del

agua comparado con el aire. Se puede medir el índice de refracción entre dos

sustancias transparentes.

n = velocidad de la luz en el vació = C

Velocidad de la luz en la muestra Vm

La velocidad de la luz en el aire es aproximadamente 0.03% menor que l

velocidad en el vació y como algunos datos especialmente para gases, el

índice de refracción es referido al aire y no al vació la relación entre ellos es:

nvacio

= 1.00027 n aire

La velocidad de la luz en el aire es casi tan grande como la velocidad de la

luz en el vació .por lo tanto, se puede atribuir que el índice de refracción es

prácticamente

n = velocidad de la luz del aire = Va

Velocidad de la luz en la muestra Vm

REFRACTOMETRIA:

Es un método experimental que permite la distinción de diferentes

sustancias y teniendo en cuenta su índice de refracción a una determinada

temperatura y con luz de determinada longitud de onda.

Para los trabajos analíticos todos los índices de refracción deben ser

medidos a una misma temperatura y con luz de la misma longitud de onda.

En la práctica la temperatura usual es de 25ºC y la longitud de onda es de

5890 ºA, correspondiente a la línea D del sodio.

Refractividad o refracción molecular (RM).Se determina con la ecuación

de Lorentz-Lorentz:

RM = n2 –1 M

n2 +2 p

Donde:

RM : es

la refractividad o refracción molecular en m3 /Kmol

n: es el índice de refracción para los rayos de la luz visible

M: es el peso molecular de la sustancia

P: es la densidad de la sustancia a la temperatura de medición de índice de

refracción.

Índice de refracción de mezclas (nm) En el caso de soluci0nes ,cuto

comportamiento es aproximado por las soluciones reales diluidas , es posible

calcular el índice de refracción de la solución a partir d los índices de

refracción y del os volúmenes de cada componente ambos a determinada

temperatura , con la ecuación .

nm =

n1V

1 + n

2 V

2

V1 +V

2

III. MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS.

a) Materiales:

2 termómetros

2 buretas de 25 ml

2 soportes universales

2 embudos pequeños

2 beakers de 50ml

10 fiolas de 50ml

04 fiolas de 25ml

01 balanza analítica

03 picnómetros de 5ml

02 pisetas

08 micro pipetas.

b) Equipos:

2 refractómetros de Abbe, nomo binoculares provistos de termómetro

2 termostatos de temperatura regulable

c) Reactivos:

02 líquidos con índice de refracción y densidades diferentes no menor de

orden de 0.04

Papel tisu para lentes, franela fina.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

4.1. Preparación de muestra

Se prepara las muestras con volúmenes especificados en la tabla Nº 2.1

medidos a una determinada temperatura ambiente al a cual se le conoce la

densidad de los componentes puros.

4.2. Medición del índice de refracción y de las densidades de las 8

muestras a la temperatura 1.

a) Manejo del refractómetro de Abbe

- Conecte las terminales de la chaqueta de los prismas del refractómetro al

baño termostatito.

- Verifique La instalación del termómetro en el refractómetro.

b) Colocación de la Muestra

- No tocar los prismas con la pipeta gotero o con sus dedos

- Asegúrese de que los prismas estén limpios y secos.

- Colocar uno o dos gotas de muestra sobre el prisma inferior con una

pipeta o gotero.

- Rote el prisma superior y ajuste la posición. Haga esta operación

rápidamente para evitar la perdida excesiva de muestra por evaporación.

c) Lectura del índice de refracción

- Usar una bombilla de sodio de 25-100 watts si esta disponible.

- Ajustar el espejo para logras la máxima iluminación del ampo.

- Ajustar el área observada de tal manera que se tenga una precisa imagen

de la cruz formada por los filamentos .girar el manubrio hasta que la línea

de división entre el campo oscuro y claro coincida con la intersección

filamentosas cruzados.

- Limpiar los prismas después de cada uso

- Leer el índice de refracción.

V. DATOS EXPERIMENTALES, BIBLIOGRAFICOS, CALCULOS, RESULTADOS Y/O GRAFICOS 5.1 Con Los Datos De Las Tablas Nº1 Y 2.1 Efectuar Los Siguientes Cálculos:

Tabla nº1: Datos bibliográficos de los componentes

COMPONENTE formula PM: g/mol

% de pureza

ρ : g/ml 20ºC

ηD

Isopropanol C3H8O 60.1 99.9 0.785 1.378isobutanol C4H10O 74.12 99 0.80 1.396

tabla nº 2.1 DATOS EXPERIMENTALES DE LA PREPARACIÓN DE

MUESTRAS, ÍNDICE DE REFRACCIÓN Y CÁLCULOS DE DENSIDAD DE

CADA MUESTRA PROBLEMA “8”

Muestravolumen (ml)

nD º Wp g Wp+w1 g Wp+m1 g ρ ml/gIsopropanol isobutanol 1 50 0 1,3710 14.1341 24.258 22.1113 0,78682 40 10 1,3753 14.1341 24.258 22,1382 0,78923 35 15 1,3774 14.1341 24.258 22.1586 0,7926

4 25 25 1,3822 14.1341 24.258 22.2454 0,79985 15 35 1,3857 9.1313 19.459 17.3859 0.7979 6 10 40 1,3899 9.1313 19.459 17.4020 0,79947 0 50 1,3942 9.1313 19.459 17,4290 0,8020

“8” 1.3809Temperatura 20ºC

Hallamos la densidad de los componentes:

ρ0 = ( WP+s - Wp ) x ρ0.9971(agua) (Wp+w -WP)

Tabla nº 3.1 Experimentales cálculos de %V, % W y X de las muestras para la muestra problema 8 a la TEMPERATURA t1 = 20 ºC

Muestra ρ g/ml ηD % V %W X11 0,7868 1,3710 100% 100% 1.00002 0,7892 1,3753 80% 79.8% 0.833 0,7926 1,3774 70% 69.6% 0.744 0,7998 1,3822 50% 49.527% 0.555 0.7979 1,3857 30% 32.9% 0.346 0,7994 1,3899 20% 19.7% 0.267 0,8020 1,3942 0% 0 0

“8” 0.7981 1.3809 55.3 53.3 0.58

Cálculos :

a. Determinar el % de volumen del Componente 1.

%V/V = Vsolut x 100 Vsoluc

DATOS:

Vsoluc = 50ml

%V1 = 50/50 x100 =100% %V2= 40/50 x100 =80% %V3=35/50 x100 =70% %V4=25/50 x100 =50%

%V5=15/50 x100 =30% %V6=10/50 x100 =20%

%V7=0/50 x100 =0%

b. Determinar el w% de peso del Componente 1.

c. Determinar la fracción molar Componente 1.

X1 = n1

n1 + n2

Hallando n 1 :

n1 = ρ x V / PM (Isopropanol)n1 = 0.785x 50/60.1 = 0.67

n2= ρ x V / PM (isobutanol) n2.1 = 0.80 x0/74.12 = 0

-Hallando X1:

X1 = 0.67 = 1 0.67+0

Hallando n 2 :

n1 = ρ x V / PM (Isopropanol)n1 = 0.785x 40/60.1 = 0.5225

n2= ρ x V / PM (isobutanol ) n2.2 = 0.80 x10/74.12 = 0.108

-Hallando X2:

Hallando n 3 :

n1 = ρ x V / PM (Isopropanol)n1 = 0.785x 35/60.1 = 0.46

n2= ρ x V / PM (isobutanol) n2.2 = 0.80 x15/74.12 = 0.2159

- Hallando X3:

Hallando n 4 :

n1 = ρ x V / PM (Isopropanol)n1 = 0.785x 25/60.1 = 0.3265

n2= ρ x V / PM (isobutanol) n2.2 = 0.80 x25/74.12 = 0.2698

-Hallando X4:

Hallando n 5 :

n5 = ρ x V / PM (Isopropanol)n1 = 0.785x 15/60.1 = 0.131

n2= ρ x V / PM (isobutanol) n2.2 = 0.80 x35/74.12 =0.378

-Hallando X5:

Hallando n 6 :

n1 = ρ x V / PM (Isopropanol)n1 = 0.785x 10/60.1 = 0.1306

n2= ρ x V / PM (isobutanol) n2.2 = 0.80 x40/74.12 = 0.4317

-Hallando X6:

Hallando n 7 :

n1 = ρ x V / PM (Isopropanol)n1 = 0.785x 0/60.1 = 0

n2= ρ x V / PM (isobutanol) n2.2 = 0.80 x50/74.12 = 0.5397

-Hallando X7:

DE IGUAL MANERA SE HACEN LOS CALCULOS PARA LA TEMPERATURA DE 30ºC

TABLA Nº 2.1 DATOS EXPERIMENTALES DE LA PREPARACION DE MUESTRAS , INDICE DE REFRACCION Y CALCULOS DE CADA MUESTRA Y DE LA MUESTRA PROBLEMA “8” ALA TEMPERATURA DE

30 ºC

MUESTRA Volumen ,ml.(1) (2)

1 50 0 1.3710 14.1314 24.258 0.7869

2 40 10 1.3753 14.1314 24.258 0.79293 35 15 1.3774 14.1314 24.258 0.79174 25 25 1.3822 14.1314 24.258 0.79445 15 35 1.3857 9.1313 19.4590 0.7865

6 10 40 1.3899 9.1313 19.4590 0.7933

7 0 50 1.3942 9.1313 19.4590 0.7954

8 --- ----

TABLA Nº 3.1 DATOS EXPERIMENTALES,CALCULOS DE , , DE LAS MUESTRAS Y PARA LA MUESTRA PROBLEMA “8” ALA TEMPERATURA DE 30 ºCMUESTRA %V

1 0.7868 1.0615 100 100 12 0.7892 0.8518 80 79.8 0.833 0.7912 0.7472 70 69.6 0.744 0.7998 0.5395 50 49.5 0.555 0.7976 0.3229 30 32.9 0.346 0.7994 0.2157 20 19.7 0.267 0.8020 0 0 0 0“8” 0.7944 1.3781 51.5 51 0.551“8”

Hallamos la densidad de los componentes:

ρ0 = ( WP+s - Wp ) x ρ0.9971(agua) (Wp+w -WP)

A 30º C

ρ1 = (22.0844 -_14.1341) x 0.9956756 0.7869 ρ1 = g/ml 24.2040 – 14.1341

ρ2 = (22.1455 -_14.1341) x 0.9956756 0.7929 ρ2 = g/ml 24.2040 – 14.1341 ρ3 = (22.1332 -_14.1341) x 0.9956756 0.7917 ρ3 = g/ml 24.2040 – 14.1341

ρ4 = (22.1606 -_14.1341) x 0.9956756 0.7944 ρ4 = g/ml 24.2040 – 14.1341

ρ5 = (17.2427 -_9.1313) x 0.9956756 0.7865 ρ5 = g/ml 19.4030 – 9.1313

ρ6 = (17.3148 -_9.1313) x 0.9956756 0.7933 ρ6 = g/ml 19.4030 – 9.1313

ρ7 = (17.3337 -_9.1313) x 0.9956756 0.7954 ρ7 = g/ml 19.4030 – 9.1313

II) CALCULO DE % DE VOLUMEN DE LAS MUESTRAS

III) CALCULO DEL % EN PESO DE LAS MUESTRAS

V) HALLANDO LA FRACCION MOLAR DE LAS MUESTRAS A Tº 30 Cº

ENSAYO 1)

ENSAYO 2)

ENSAYO 3)

ENSAYO 4)

ENSAYO 5)

ENSAYO 6)

ENSAYO 7)

VI. CONCLUSIONES:

Se determino la densidad por picnometria de las mezclas binarias: (0,7868; 0,7892; 0,7926; 0,7998; 0.7979; 0,7994; 0,8020), esto a 20 ºC.

las muestras problemas fueron halladas mediante las graficas, el isopropanol tiene aproximadamente 10ml y el isobutanol 40ml respectivamente.

En la determinación de los índices de refracción de las mezclas binarias se observan que a mayor temperatura las lecturas de IR van disminuyendo, siendo estas: 1,3710; 1,3753; 1,3774; 1,3822; 1,3857; 1,3899; 1,3942; 1.3809. todo esto a 20 ºC

En la grafica de índices de refracción versus composición se observa una curva que a medida aumenta la composición aumenta el índice de refracción hasta un punto constante de IR. Donde ellos son 53.3 % en masa, 55.3% en volumen y 0.58 en la fracción molar a 20 ºC.

Se calculo los volúmenes de cada solvente empleado para preparar la muestra problema llegando a obtener: 100%, 80%, 70%, 50%, 40%, 20%, 0%; para los ensayos (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7).

VII. BIBLIOGRAFIA:1. SEMISHIN, V, “PRACTICAS DE QUIMICQ GENERAL INORGANICA”.

Editorial. Mir Moscu. 19672. LAIDLER, K.J MEISER “FISICOQUIMICA”Edit. CECSA.Mexico 1997