INTRODUCCIÓN

La refracción es la desviación que experimentan los rayos luminosos al pasar de un medio transparente de densidad determinada a otro cuya densidad es distinta de la del anterior. Si bien este fenómeno se presenta generalmente al paso de un medio a otro, existe un caso en el que dicho paso no implica refracción, que es cuando la incidencia se produce perpendicularmente a la superficie de separación de ambos medios. La refracción es fundamental para la explicación de los procesos que experimenta la luz en prismas y lentes de todo tipo. Mientras que la luz se propaga con velocidades diferentes dependiendo de la densidad del medio por el que lo hace (cuanto mayor es la densidad de éste tanto más lenta es la propagación de la luz), la intensidad del fenómeno de la refracción depende del grado de la variación de la velocidad de propagación (cuanto mayor es éste tanto mayor es la refracción que experimenta el rayo y en consecuencia tanto mayor es el poder de refracción del medio).

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. 

OBJETIVOS.

Determinar el índice de refracción de una mezcla de dos sustancias liquidas.

Realizar la lectura del índice de refracción utilizando el refractómetro. Determinar el índice de refracción del cloroformo y del acetato de metilo

para diferentes fracciones molares, luego graficar.

MARCO TEÓRICO.

LA LEY DE SNELL

Con llevo a formular el índice de refracción. Se denomina refracción a la inclinación que sufre un rayo o haz de luz cuando atraviesa un medio.

La refracción se produce si los índices de refracción de los medios son diferentes y si el Angulo de incidencia no es cero; los líquidos, sólidos y de algunos gases si sus propiedades son idénticas en todas las direcciones por ejemplo de los cristales cúbicas estos son caracterizados por un único índice de refracción y son conocidos como ISOTROPAS o compuestos isotrópicos.

Por otra parte si tenemos otros medios en el que sus cristales dependen de la orientación relativa del rayo o de la luz y de su eje cristalino estas presentaron más de un índice de refracción tales cristales son denominados ANISOTROPICOS o ANISOTROPOS.

El índice de refracción de un liquido orgánico es bastante sensible a la temperatura por lo tanto es esencial controlas la temperatura para una precisión de la medida.

Otro de las  variables que  influye en el índice re refracción es la longitud de onda de la luz utilizada en el índice de refracción y el cambio del índice de refracción debido a la longitud de onda se conoce como dispersión óptica.

En los equipos refractómetros la luz de longitud de onda conocido es la luz de sodio en la franja D. El índice de refracción para los estudios de estructura molecular es conocido como refracción molar R para cualquier compuesto es igual R al índice de refracción al cuadrado por peso molecular.

En la determinación del índice de refracción se ha empleado mucho para la verificación cualitativo de los compuestos desconocidos comparando los índices de refracción del compuesto estudiado con valores de literatura.

En el caso se puede determinarlos los indicadores de refracción para un átomo, para un grupo funcional, para tipos de enlaces y que son sumativos desde sus contribuciones individuales y esta expresión en conjunto viene a ser la refracción especifica; si se multiplica la refracción específica por el PH del compuesto se obtiene las refracciones molares o refracción molecular.

La aplicación de la refracción molar reside en la determinación de los momentos bipolares de los compuestos y por lo tanto debe estar relacionado con los resultados de los constantes dieléctricos.

LEYES DE REFRACCION

El fenómeno de la refracción se rige de acuerdo con dos leyes de las cuales la primera afirma que tanto el rayo incidente como el refractado y la normal a la superficie de refracción están contenidos en un mismo plano. La segunda ley, llamada también ley de Snell, afirma que para una luz con una frecuencia determinada, el cociente entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es constante e igual al índice relativo de ambos medios. Esta ley constituye el fundamento del funcionamiento de los instrumentos llamados refractómetros empleados para la determinación de los índices de refracción de los diversos materiales a partir de la medición precisa de los ángulos de incidencia y refracción.

INDICE DE REFRACCION

Relación entre la velocidad de la luz en el vacío y su velocidad en un medio. Numéricamente se define como la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de la onda refractada; esta relación se denomina ley de Snell.

En general, para todos los materiales la velocidad de la luz que los atraviesa es menor que la velocidad de la luz en el vacío, por lo que sus índices de refracción son superiores o iguales a la unidad. La luz tiene una velocidad dada por el producto entre la longitud de onda y su frecuencia, por lo cual un medio tendrá diferentes índices de refracción para las diferentes longitudes de onda de la luz que lo atraviesa. Este fenómeno se conoce como dispersión de los índices de refracción. Para el espectro de la luz visible, la dispersión en los cristales se da generalmente entre las longitudes de onda de 4.308D (línea G) y 6.870D (línea B).

Un medio isótropo es aquél para el cual existe un único índice de refracción, es decir, que el índice de refracción es el mismo independientemente de la dirección en que la luz lo cruce atravesado. Un medio con más de un índice de refracción permite el paso de la luz según unas direcciones determinadas, recibiendo el nombre de medio anisótropo. Los índices de refracción se utilizan en la determinación del relieve de los minerales cuando se analizan en un microscopio de polarización. Cuanto mayor sea la diferencia entre los índices de refracción de un cristal y del medio en el que se encuentra, mayor será el relieve de dicho mineral.

Ecuación de Lorents-Lorents

Ecuación de Eryckman

Ecuación de Newton

Ecuación de Glastone - Dale

Ecuación de Edwars

Donde:n = Índice de refracciónM = Peso moleculard = Densidad

MATERIALES Y REACTIVOS.

Materiales e instrumentos:o Refractómetro.o Tubos de ensayo.o Rejillas.

Reactivos:o Cloroformo puro.o Alcohol Isopropilico.o Alcohol Etilicoo Agua destilada

PARTE EXPERIMENTAL.

Con la ayuda del refractómetro de Abbe, mediremos el índice de refracción del cloroformo y sus disoluciones con el alcohol isopropilico, de la misma forma del alcohol isopropilico y sus disoluciones con el cloroformo.

Reactivo % Pureza Densidad

Alcohol Isopropilico 99,0% 1,47

Cloroformo 99,7% 0,78

Primero colocamos una pequeña muestra de los 4 ml de cloroformo que se encuentran en un tubo de ensayo en el refractómetro.

Luego limpiamos la capa donde colocamos la muestra anterior y agregamos una pequeña muestra de la disolución (4ml de cloroformo y 1ml de alcohol isopropilico) y así sucesivamente hasta obtener unos 5 resultados del índice de refracción.

Cloroformo Alcohol Isopropilico Índice de RefracciónV(mL) V(mL)

A 4 0 1,4230

B 4 1 1,4050

C 4 2 1,3984

D 4 3 1,3905

E 4 4 1,3830

Ahora agregamos una pequeña muestra de los 4 ml de alcohol isopropilico que se encuentran en un tubo de ensayo en el refractómetro.

Luego procedemos de la forma anterior con las soluciones pero en este caso vamos agregando de ml a ml el cloroformo.

Obteniendo los valores siguientes.

Alcohol Isopropilico Cloroformo Índice de Refracción

V(mL) V(mL)A 4 0 1,3775

B 4 1 1,3780

C 4 2 1,3805

D 4 3 1,3825

E 4 4 1,3865

1. Hallamos los X A y XB de los reactivos en cada composición volumétrica.

PREPARACIÓN DEL ALCOHOL ISOPROPILICO Y CLOROFORMO:

Para 4mL de Alcohol isopropilico y 0mL de Cloroformo.

X A=1

Para 4mL de Alcohol isopropilico y 1mL de Cloroformo:

nA=mA .de alcohoisopM Adealcohol isop

=ρalcoholisop x V alcohol isop

M Alcohol isop

=0,78 x460.09

=0.051922mol

nB=mCloroformoMCloroformo

=ρCloroformox V Cloroformo

MCloroformo

=1.47 x 1119.38

=0.012314mol

X A=0,808301

Para 4mL de Alcohol isopropilico y 2mL de Cloroformo:

nA=mA .de alcohoisopM Adealcohol isop

=ρalcoholisop x V alcohol isop

M Alcohol isop

=0,78 x460.09

=0.051922mol

nB=mCloroformoMCloroformo

=ρCloroformo x V Cloroformo

MCloroformo

=1.47 x 2119.38

=0.024627mol

X A=0,678285

Para 4mL de Alcohol isopropilico y 3mL de Cloroformo:

nA=mA .de alcohoisopM Adealcohol isop

=ρalcoholisop x V alcohol isop

M Alcohol isop

=0,78 x460.09

=0.051922mol

nB=mCloroformoMCloroformo

=ρCloroformo x V Cloroformo

MCloroformo

=1.47 x 3119.38

=0.036941mol

X A=0,584293

Para 4mL de Alcohol isopropilico y 4mL de Cloroformo:

nA=mA .de alcohoisopM Adealcohol isop

=ρalcoholisop x V alcohol isop

M Alcohol isop

=0,78 x460.09

=0.051922mol

nB=mCloroformoMCloroformo

=ρCloroformox V Cloroformo

MCloroformo

=1.47 x 4119.38

=0.049254mol

X A=0,513185

PREPARACION DE CLOROFORMO Y ALCOHOL ISOPROPILICO: Para 4mL de Cloroformo y 0mL de Alcohol Isopropilico:

X B=1

Para 4mL de Cloroformo y 1mL de Alcohol Isopropilico:

nA=mA .de alcohoisopM Adealcohol isop

=ρalcoholisop x V alcohol isop

M Alcohol isop

=0,78 x160.09

=0.012981mol

nB=mCloroformoMCloroformo

=ρCloroformox V Cloroformo

MCloroformo

=1.47 x 4119.38

=0.049254mol

X B=0,79142

Para 4mL de Cloroformo y 2mL de Alcohol Isopropilico:

nA=mA .de alcohoisopM Adealcohol isop

=ρalcoholisop x V alcohol isop

M Alcohol isop

=0,78 x260.09

=0.025961mol

nB=mCloroformoMCloroformo

=ρCloroformox V Cloroformo

MCloroformo

=1.47 x 4119.38

=0.049254mol

X B=0,654843

Para 4mL de Cloroformo y 3mL de Alcohol Isopropilico:

nA=mA .de alcohoisopM Adealcohol isop

=ρalcoholisop x V alcohol isop

M Alcohol isop

=0,78 x360.09

=0.038942mol

nB=mCloroformoMCloroformo

=ρCloroformox V Cloroformo

MCloroformo

=1.47 x 4119.38

=0.049254mol

X B=0,558461

Para 4mL de Cloroformo y 4mL de Alcohol Isopropilico:

nA=mA .de alcohoisopM Adealcohol isop

=ρalcoholisop x V alcohol isop

M Alcohol isop

=0,78 x460.09

=0.051922mol

nB=mCloroformoMCloroformo

=ρCloroformox V Cloroformo

MCloroformo

=1.47 x 4119.38

=0.049254mol

X B=0,486815

RESULTADOS EXPERIMENTALES:

SUSTANCIA RELACION (en Vol)

FRACCION MOLAR

INDICE DE REFRACCIO

N

Cloroformo

4 a 0 1 1,42304 a 1 0,79142 1,40504 a 2 0,654843 1,39844 a 3 0,558461 1,39054 a 4 0,486815 1,3830

Alcohol isopropilico

4 a 4 0,513185 1,3865

4 a 3 0,584293 1,38254 a 2 0,678285 1,38054 a 1 0,808301 1,37804 a 0 1 1,3775

Tabla para último informe de ciclo hexano y alcohol isopropilico

SUSTANCIA RELACION (en Vol)

FRACCION MOLAR

INDICE DE REFRACCIO

N

ciclohexano

4 a 0 1 1,4474 a 1 0.74584 1,4344 a 2 0,594714 1,4214 a 3 0,4945026 1,4184 a 4 0,4231978 1,4135

Alcohol isopropilico

4 a 4 0, 57980 1,4135

4 a 3 0,6450578 1,4084 a 2 0,73170 1,4254 a 1 0,84500 1,3914 a 0 1 1,375

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 113.7500

13.8000

13.8500

13.9000

13.9500

14.0000

14.0500

14.1000

14.1500

14.2000

14.2500

f(x) = 0.543730267247618 x² − 0.0789538923272165 x + 13.772149402026

Fracción Molar

Indi

ce d

e Re

frac

ción

A: Cloroformo

B: Alcohol Isopropilico

A B

CONCLUSIONES.

La medición del índice de refracción es una forma de poder calcular la concentración de una mezcla binaria.

El índice de refracción aumenta al disminuir la densidad del medio de trabajo.

La concentración y el índice de refracción son directamente proporcionales.

La gráfica índice de fracción molar con índice de refracción obtuvo un comportamiento curvilíneo.

RECOMENDACIONES.

Se debe de tener el refractómetro bien limpio con alcohol en el lente.

Para el uso de los instrumentos se debe estar limpios y secos.

La iluminación de la luz solar al refractómetro debe ser correctamente.

Al momento de empezar debe estar bien calibrada.

Cualquier inconveniente comunicarlo al profesor para dar una solución.

BIBLIOGRAFIA.

GILBERT CASTELLAN, Fisicoquimica. Addison- Wesley- Longman.

PONS MUZZO GASTON, Química física. Primera Edición 2000.

GARRITZ, COSTA, GASQUEZ, Físico Química, Problemas Resueltos de Castellan.