1

INTRODUCCIÓN

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. 

Un refractómetro mide el grado a el cual la luz es desviada (es decir refractada) cuando

se mueve desde el aire en una muestra y utilizada típicamente para determinar índice de

refracción, n de una muestra líquida.

Índice de refracción, de una sustancia o un medio transparente, es la relación entre la

velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en la sustancia o el medio

transparente.

Este número, mayor que la unidad y sin unidades, es una constante característica de

cada medio y representa el número de veces que es mayor la velocidad de la luz en el

vacío que en ese medio. El índice de refracción se mide con un aparato llamado

refractómetro en el que se compara el ángulo de incidencia con el ángulo de refracción de

la luz de una longitud de onda específica.

Como el índice de refracción es sensible a los cambios de temperatura y varía con la

longitud de onda de la luz, deben especificarse ambas variables al expresar el índice de

refracción de una sustancia.

2

RESUMEN

El presente informe de laboratorio lleva por título “REFRACTOMETRIA”, la cual tiene

como objetivo determinar experimentalmente el índice de refracción de sustancias puras

(agua destilada y alcohol etílico.) y analizar cuantitativamente la fracción molar de una

mezcla (etanol-agua) mediante el uso del índice de refracción.

Para poder desarrollar este experimento en el laboratorio se utilizó como herramienta de

trabajo un refractómetro para lo cual los reactivos fueron agua destilada y etanol. El

procedimiento del experimento es muy simple, al inicio instalamos correctamente el

refractómetro en un lugar con bastante luz, luego procedemos a medir el índice de

refracción iniciando con el agua destilado, para ello colocamos unas cuantas gotas en el

montaje del prisma lo cerramos y con el dial del compensador que se encuentra al frente

del refractómetro hacemos que la zona oscura que se observa por el ocular este hasta la

mitad de la cruz que se muestra en el interior del mismo; luego de terminar lo anterior

procedemos a medir el índice de refracción por el segundo ocular ; de esta manera

repetimos los mismos pasos para las distintas muestras de etanol-agua a diferente

proporciones; luego realizamos los respectivos cálculos exigidos.

De los datos obtenidos en la parte experimental se pudo hallar las fracciones molares del

alcohol etílico a 96° y agua respetivamente, las cuales fueron: 0-1, 0.1464491-0.8535509,

0.18908034-0.81091966, 0.2025931-0.7974069, 0.22369903-0.77630097, 0.22840474-

0.77159526, 1-0. Con estos datos se realizaron las gráficas de fracción molar del alcohol

etílico-índice de refracción, fracción molar del agua destilada-índice de refracción y

fracción molar (alcohol etílico-agua destilada)-índice de refracción; lo cual nos permitió ver

el nivel de veracidad de los datos obtenidos los cuales fueron muy satisfactorios.

En conclusión se puede afirmar que se logró determinar el índice de refracción para

mezclas de dos sustancias(etanol-agua) en proporciones de 0:1,1:2; 2:3; 1.5:2; 2.5:3; 1:0

los que son igual a 1.3295, 1.3480, 1.3490, 1.3498, 1.3516, 1.3589 respectivamente; se

logró el análisis cuantitativo de la fracción molar de una mezcla (etanol-agua) con

respecto al índice de refracción como se puede observar en las figuras 1, 2 y 3 de las

gráficas de los tratamientos de datos .

3

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Hacer la gráfica de la fracción molar de la mezcla etanol-agua vs el índice de

refracción.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar el índice de refracción para mezclas de dos sustancias (etanol-agua) a

diferentes proporciones.

Analizar cuantitativamente la fracción molar de una mezcla (etanol-agua) mediante

el uso del índice de refracción.

4

MARCO TEORICO

3.1) REFRACCIÓNCuando un rayo de luz pasa oblicuamente de un medio hacia otro de densidad

diferente, su dirección cambia al atravesar la superficie que lo separa.

a) Refracción Específica

Es la relación entre el índice de refracción y la densidad. También se conoce

como la ecuación de Lorentz y Lorentz:

rn=n2−1n2+2

×1ρ

.. . .. .. . ..(1 )

La refracción específica es muy útil como medio para la identificación de una

sustancia y como un criterio de su pureza.

Los valores del índice de refracción para líquidos orgánicos varían entre 1.2 y 1.8,

mientras que los sólidos orgánicos fluctúan entre 1.3 y 2.5.

b) Refracción Molar

Propiedad cuantitativa dependiente de la distribución estructural de los átomos en

la molécula. Es igual a la refracción específica multiplicada por el peso molecular.

c) Dispersión

Cambio de la refracción con la longitud de onda. La dispersión es útil en algunos

casos para la identificación de compuesto.

Los índices de refracción pueden ser medidos por dos tipos de instrumentos: los

refractómetros y los interferómetros.

d) Incidencia (i)

Ángulo entre el rayo de primer medio y la perpendicular de la superficie divisora.

e) Angulo de Refracción (r)

Ángulo correspondiente en el segundo medio.

f) Leyes de la refracción

5

Al otro lado de la superficie de separación los rayos no conservan la misma

dirección que los de la onda incidente: 

Cada rayo de la onda incidente y el correspondiente rayo de la onda

transmitida forman un plano que contiene a la recta normal a la superficie

de separación de los dos medios.

El ángulo que forma el rayo refractado con la normal (ángulo de refracción)

está relacionado con el ángulo de incidencia:

n1 sen (i) = n2 sen (r)…………… (2)

3.2) REFRACTOMETRO

Un refractómetro mide el grado a el cual la luz es desviada (es decir refractada) cuando

se mueve desde el aire en una muestra y utilizada típicamente para determinar índice de

refracción (índice de refracción n) de una muestra líquida.

El índice de refracción es un número, entre 1,3000 y 1,7000 para la mayoría de los

compuestos, y se determina normalmente a la precisión de cinco dígitos. Puesto que

índice de refracción depende de la temperatura de la muestra y de la longitud de onda de

la luz utilizada, ambos se indican después del símbolo "n" de índice de refracción:

nD20 1. 3742 .. .. . .. .. . ..(3 )

La n  puesta en letra itálica denota el índice de refracción, el exponente indica la

temperatura los grados centígrados, y el subíndice denota la longitud de onda de la luz.

El índice de refracción se determina comúnmente como parte de la caracterización de

muestras líquidas, algo similar a lo que ocurre con el punto de fusión de muestras sólidas.

El índice de refracción también se utiliza comúnmente para:

Identificar o a confirmar la identidad de una muestra comparando su índice de

refracción a los valores conocidos.

Determine la pureza de una muestra comparando su índice de refracción al valor

para la sustancia pura.

6

Determine la concentración de un soluto en una solución comparando el índice de

refracción de la solución a una curva estándar (sal, azúcar, alcohol, etc.)

3.3) TIPOS DE REFRACTOMETROS

a.- Refractómetro de Abbé

El instrumento lee directamente, el índice de refracción es durable, requiere solo una

gota de la muestra y da una buena aproximación del valor de la diferencia de índice de

refracción entre la línea azul y la roja del hidrógeno que constituye una medida de la

dispersión.

b.- Refractómetro de Inmersión

Da una presición mayor en sus lecturas que cualquier otro tipo, excepto el

refractómetro de interferencia. Como el índice de refracción cambia con la

temperatura, debe escogerse una temperatura patrón. Mide concentraciones con más

precición y facilidad, de soluciones acuosas y alcohólicas.

c.- Interferómetros

Utilizan el fenómeno de la interferencia para obtener índices de refracción

diferenciales con precisión muy alta. La medición más exacta se basa en la

interferencia de luz.

3.4) ÍNDICE DE REFRACCIÓN (n)

Cuando un haz de luz que se propaga por un medio ingresa a otro distinto, una parte

del haz se refleja mientras que la otra sufre una refracción, que consiste en el cambio

de dirección del haz. Para esto se utiliza el llamado índice de refracción del material,

que nos servirá para calcular la diferencia entre el ángulo de incidencia y el de

refracción del haz (antes y después de ingresar al nuevo material).

El efecto de la refracción se puede observar fácilmente introduciendo una varilla en

agua. Se puede ver que parece quebrarse bajo la superficie. En realidad lo que sucede

es que la luz reflejada por la varilla (su imagen) cambia de dirección al salir del agua,

debido a la diferencia de índices de refracción entre el agua y el aire.

Se utiliza la letra n para representar el índice de refracción del material, y se calcula por

la siguiente fórmula:

n=C0

V

7

n   : índice de refracción del medio en cuestión

co  : velocidad de la luz en el vacío (3x108 m/s)

v   : velocidad de la luz en el medio en cuestión.

Es decir que es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y en el medio.

Dado que la velocidad de la luz en cualquier medio es siempre menor que en el vacío,

el índice de refracción será un número siempre mayor que 1. En el vacío: n=1 , en otro

medio: n>1

PARTE EXPERIMENTAL

8

4.1 Materiales

6 tubos de ensayo

2 pipetas

frasco lavador

1 gradilla

4.2 Reactivos

Agua destilada

Alcohol etílico

4.3 Equipo

Refractómetro

4.4 Procedimiento

Algunos laboratorios almacenan el refractómetro

con un pedazo del tejido fino en el montaje del

prisma para mantener el prisma de cristal del

rasguño.

Abra el montaje del prisma y quite el tejido fino,

compruebe que el prisma este limpio.

Utilice una pipeta para aplicar su muestra líquida

al prisma.

9

Tenga cuidado de no tocar el prisma con el

extremo de la pipeta, esto puede rasguñar el

cristal suave del prisma.

Cierre el montaje del prisma.

Encienda la lámpara usando el interruptor en el

lado izquierdo. (en algunos modelos el

interruptor puede estar en el cable)

Ajuste la lámpara para asegurar el brillo

adecuado en el prisma de medición.

Mire a través del ocular.

Si usted está cerca índice de refracción de su

muestra usted debe ver que la visión en el ocular

demuestra una región oscura en la región inferior

y más clara en la tapa.

10

Si usted no ve una región clara y oscura, dé

vuelta al tornillo del lado derecho del instrumento

hasta que ocurra.

Antes de hacer el ajuste final, será generalmente

necesario ajustar la posición de la lámpara y

afilar la frontera entre las regiones ligeras y

oscuras usando el dial del compensador en el

frente del refractómetro.

Una vez que usted tenga una demarcación

quebradiza entre las regiones ligeras y oscuras,

dé vuelta al tornillo en el lado derecho para

colocar la frontera exactamente en el centro de

los retículos según lo demostrado.

Para leer índice de refracción, presione el interruptor en el lado de la mano izquierda del refractómetro hasta que usted ve la escala a través del ocular. La escala superior indica índice de refracción. Cuidadosamente interpolando usted puede leer el valor a la exactitud del lugar decimal 4. El ejemplo demostrado aquí tiene un índice de refracción de 1,4606.

Registre el índice de refracción en su cuaderno

del laboratorio. Después lea el termómetro y

registre la temperatura.

11

Después de que le acaben, limpie el

refractómetro. Primero utilice un tejido fino al

lenguado lejos más de su muestra.

Entonces lave el prisma con un pequeño

solvente, nosotros utilizan generalmente un

alcohol simple tal como etanol para las muestras

orgánicas de la limpieza.

Un movimiento suave más bien que un

movimiento del frotamiento se prefiere para

reducir al mínimo la posibilidad dañar el prisma.

Después de que usted haya acabado el limpiar

del prisma, coloque un tejido fino limpio en el

ensamble. Cerciórese que la luz se haya

apagado.

12

TRATAMIENTO DE DATOS

a.- Datos bibliográficos

- Temperatura: 20ºC

- Densidad del agua destilada a 20ºC: 1 g/ml

- Densidad del alcohol etílico a 20ºC: 0.810 g/ml

- Índice de refracción del agua destilada a 20ºC: 1.333

- Índice de refracción del alcohol etílico a 20ºC: 1.362

- Peso molecular del alcohol etílico: 46.07

- Peso molecular del agua destilada: 18.016

b.- Datos experimentales

- Temperatura: 20ºC

- Grado de pureza del alcohol: 96 °

c.- Tabla de datos obtenidos

N° VOLUMEN (AGUA DESTILADA mL)

VOLUMEN (ALCOHOL ETILICO mL)

INDICE DE REFRACCION

VOLUMEN TOTAL

VOLUMEN AJUSTADO (AGUA DESTILADA)

VOLUMEN AJUSTADO(ALCOHOL ETILICO)

VOLUMEN TOTAL AJUSTADO

1 0.96 0 1.3295 0.96 1 0 12 1.92 1.04 1.348 2.96 0.64864865 0.3513514 13 2.88 2.12 1.349 5 0.576 0.424 14 1.92 1.54 1.3498 3.46 0.55491329 0.4450867 15 2.88 2.62 1.3516 5.5 0.52363636 0.4763636 16 3.36 3.14 1.354 6.5 0.51692308 0.4830769 17 0 1 1.3589 1 0 1 1

d.- Determinación del número de moles

m=ρ∗v

n=mM

m = masa

M = peso molecular

Alcohol etílico

13

w1= 0 . 810 g/ml x 1 ml = 0 . 810 g

n1=0 . 81046 .07

=0 . 0175819

Agua destilada

w1= 1 . 000 g/ml x 0 ml = 0 g

n1=018 .016

=0

N°

INDICE DE REFRACCION

VOLUMEN AJUSTADO (AGUA DESTILADA)

VOLUMEN AJUSTADO(ALCOHOL ETILICO)

MASA DEL AGUA DESTILADA

MASA DEL ALCOHOL ETILICO

NUMERO DE MOLES DEL AGUA DESTILADA

NUMERO DE MOLES DEL ALCOHOL ETILICO

TOTAL DE MOLES

1 1.3295 1 0 1 0 0.05550622 0 0.05550622

2 1.348 0.64864865 0.3513514 0.64864865 0.28459459 0.03600403 0.00617744 0.04218147

3 1.349 0.576 0.424 0.576 0.34344 0.03197158 0.00745474 0.03942632

4 1.3498 0.55491329 0.4450867 0.55491329 0.36052023 0.03080114 0.00782549 0.03862663

5 1.3516 0.52363636 0.4763636 0.52363636 0.38585455 0.02906507 0.0083754 0.03744047

6 1.354 0.51692308 0.4830769 0.51692308 0.39129231 0.02869244 0.00849343 0.03718587

7 1.3589 0 1 0 0.81 0 0.01758194 0.01758194

e.- Determinación de la fracción molar

f ETANOL=nETANOLnTOTAL

f AGUA=1−f ETANOL Alcohol etílico

f 1=0

0 . 05550622=0

Agua destilada

f 1=1−0=1

14

N° FRACCION MOLAR DEL AGUA DESTILADA

FRACCION MOLAR DEL ALCOHOL ETILICO

TOTAL DE MOLES

1 1 0 12 0.8535509 0.1464491 13 0.8109196

60.1890803

41

4 0.7974069 0.2025931 15 0.7763009

70.2236990

31

6 0.77159526

0.22840474

1

7 0 1 1

f.- Graficas de los experimentos.

Figura 1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 11.31

1.315

1.32

1.325

1.33

1.335

1.34

1.345

1.35

1.355

1.36

1.365

1.3295

1.3481.349

1.34981.3516

1.354

1.3589

f(x) = − 0.0931233101182949 x² + 0.122050242387298 x + 1.32995464584368R² = 0.983222449596717

FRACCION MOLAR DEL ALCOHOL ETILICO -INDICE DE REFRACCION

FRACCION MOLAR DEL ALCOHOL ETILICO -INDICE DE REFRAC-CION

Logarithmic (FRAC-CION MOLAR DEL ALCOHOL ETILICO -INDICE DE REFRAC-CION)

Polynomial (FRAC-CION MOLAR DEL ALCOHOL ETILICO -INDICE DE REFRAC-CION)FRACCION MOLAR DEL ALCOHOL ETILICO

IND

ICE D

E R

EFR

AC

CIO

N

15

Figura 2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 11.31

1.315

1.32

1.325

1.33

1.335

1.34

1.345

1.35

1.355

1.36

1.365

1.3295

1.3481.349

1.3498 1.3516

1.3541.3589

f(x) = − 0.093123310118295 x² + 0.0641963778492923 x + 1.35888157811268R² = 0.983222449596717

FRACCION MOLAR DEL AGUA DESTILADA-INDICE DE REFRACCION

FRACCION MOLAR DEL AGUA-INDICE DE REFRACCION

Polynomial (FRAC-CION MOLAR DEL AGUA-INDICE DE REFRACCION)

FRACCION MOLAR DEL AGUA DESTILADA

IND

ICE D

E R

EFR

AC

CIO

N

Figura 3

16

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 11.31

1.315

1.32

1.325

1.33

1.335

1.34

1.345

1.35

1.355

1.36

1.365

1.3295

1.3481.3491.3498

1.35161.354

1.3589

1.3295

1.348 1.3491.3498

1.35161.354

1.3589

f(x) = − 0.093123310118295 x² + 0.0641963778492923 x + 1.35888157811268R² = 0.983222449596717f(x) = − 0.0931233101182949 x² + 0.122050242387298 x + 1.32995464584368R² = 0.983222449596717

FRACCION MOLAR(ALCOHOL ETILICO-AGUA DESTILADA)-- INDICE DE RE-FRACCION

FRACCION MOLAR ALCOHOL ETILICO-INDICE DE RE-FRACCION

Logarithmic (FRAC-CION MOLAR AL-COHOL ETILICO-IN-DICE DE REFRAC-CION)Polynomial (FRAC-CION MOLAR AL-COHOL ETILICO-IN-DICE DE REFRAC-CION)

FRACCION MOLAR (ALCOHOL ETILICO-AGUA DESTILADA)

IND

ICE D

E R

EFR

AC

CIO

N

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Nuestros datos tienen una ligera diferencia con los datos bibliográficos, ya que

para esta práctica la presión y la temperatura no eran las mismas.

Otra de las razones de esta diferencia es debido a las diferentes densidades ya

que esta cambia al atravesar la superficie que los separa.

Uno de los factores que alteran los resultados hallados es debido al mal manejo de

los reactivos y materiales utilizados provocando así que las sustancias se

contaminen.

17

CONCLUSIONES

Se logró realizar la gráfica de la fracción molar de la mezcla etanol-agua vs el

índice de refracción respectivamente como se muestra en la figura 3 de graficas

de los tratamientos de datos.

Se logró determinar el índice de refracción para mezclas de dos sustancias

(etanol-agua) en proporciones de 0:1,1:2; 2:3; 1.5:2; 2.5:3; 1:0 los que son igual a

1.3295, 1.3480, 1.3490, 1.3498, 1.3516, 1.3589 respectivamente.

Se logró el análisis cuantitativo de la fracción molar de una mezcla (etanol-agua)

con respecto al índice de refracción como se puede observar en las figuras 1, 2 y 3

de las gráficas de los tratamientos de datos.

Como se logró evaluar en el marco teórico podemos mencionar que los factores

que afectan el índice de refracción son la presión y la temperatura los que deberán

ser tomados en cuenta al momento de realizar las mediciones.

Se logró describir el refractómetro y modo de realizar las medidas como se

muestra en el marco teórico, procedimiento de la parte experimental y figura 3 de

las gráficas de los tratamientos de datos respectivamente.

18

RECOMENDACIONES

Ubicar el equipo delante de una intensa fuente de luz.

Calibrar el visor derecho de modo que se distinga solo dos colores diferenciables.

Calibrar el visor derecho de modo que la intersección de la cruz sea exactamente

en el punto de separación de los dos colores.

El equipo debe contar con un termostato, que nos indique la temperatura del fluido

en estudio y también para que mantenga la temperatura constante.

Realizar una adecuada limpieza de la placa donde se coloca la sustancia al

momento de hacer el cambio de sustancia, ya que se podría formar una mezcla y

tomaríamos una lectura incorrecta.

Al momento de realizar las mezclas utilizar proporciones pequeñas ya que para el

estudio solo se emplean de 1 a 3 gotas, evitando de esta manera desperdiciar los

insumos.

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BIBLIOGRAFIA

MÉTODOS INSTRUMENTALES DE ANÁLISIS. Willard, Hobarth; Merritt, Lynnel;

Dean, John. A.. Editorial Continental, S.A; México, 1978.

DICCIONARIO DE QUÍMICA Y PRODUCTOS QUIMICOS. Ediciones Omega. S.A;

Barcelona, 1975.

http://cursweb.educadis.uson.mx/payala/quimica_analitica2/Refractometria.htm

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