Introducción

Se conoce como índice de refracción a la razón existente entre las velocidades de propagación de una onda en el vacío y en otro medio X. El cambio en la dirección, por otra parte, puede explicarse a través de la llamada ley de Snell que, a su vez, deriva del principio de Fermat.

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).

La refractometría es usada en la industria principalmente para hacer análisis químicos, determinación de relaciones de mezcla, controles de calidad y calidad en las siguientes industrias:

Industria de la celulosa y del papel, Industria química, Industria de las bebidas, Industria de los productos alimenticios, Industria textil .

Tenemos también que la refractometria que es un método indirecto que determina la concentración de azúcar de un mosto mediante la medida del índice de refracción (n).

RESUMEN

El objetivo de esta práctica fue la de determinar el índice de refracción de sustancias puras y de soluciones a diferentes concentraciones de soluciones de líquidos orgánicos y también solución de sacarosa a las condiciones de 22ºC , 756 mmHg y porcentaje de humedad relativa de 94 %.

Con estas condiciones se obtuvo los índices de refracción con ayuda del refractómetro.

En la experiencia las diferentes soluciones de propanol y agua se paso a echar en el refractómetro para obtener los datos requeridos así mismo se repitió con los porcentajes en peso de soluciones de sacarosa.

De esto podemos concluir que el índice de refracción actúa en forma inversamente proporcional a la densidad de una mezcla. Con el fin de que en la experiencia se obtengan datos precisos se recomienda limpiar constantemente el vidrio del Refractómetro para evitar cualquier impureza que pueda alterar la obtención de datos.

MARCO TEÓRICO.

Refracción

Refracción de la luz al cambiar del medio agua al medio aire.

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda. El índice de refracción es precisamente la relación entre la velocidad de la onda en un medio de referencia (el vacío para las ondas electromagnéticas) y su velocidad en el medio de que se trate.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado.También se produce cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos un caso extremo de refracción, denominado reflexión total.

Refracción de la luz

Se produce cuando la luz pasa de un medio de propagación a otro con una densidad óptica diferente, sufriendo un cambio de velocidad y un cambio de

dirección si no incide perpendicularmente en la superficie. Esta desviación en la dirección de propagación se explica por medio de la ley de Snell. Esta ley, así como la refracción en medios no homogéneos, son consecuencia del principio de Fermat, que indica que la luz se propaga entre dos puntos siguiendo la trayectoria de recorrido óptico de menor tiempo.

La propagación de la luz en un medio distinto del vacío está en relación con la longitud de la onda y, cuando un haz de luz blanca pasa de un medio a otro, cada color sufre una ligera desviación. Este fenómeno es conocido como dispersión de la luz. Por ejemplo, al llegar a un medio más denso, las ondas más cortas pierden velocidad sobre las largas (ej: cuando la luz blanca atraviesa un prisma). Las longitudes de onda corta son hasta 4 veces más dispersadas que las largas lo cual explica que el cielo se vea azulado, ya que para esa gama de colores el índice de refracción es mayor y se dispersa más.

………………………………….(1)

Ley de refracción (Ley de Snell)

La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es igual a la razón entre la velocidad de la onda en el primer medio y la velocidad de la onda en el segundo medio.

No relaciona los ángulos de los rayos luminosos con la perpendicular a la superficie de refracción, sino los senos de esos ángulos. En símbolos matemáticos se expresa así: sen (i) / sen (r') = constante = n; esto es, el cociente de los senos de los ángulos de incidencia i y de refracción r' toma el mismo valor para todos los valores posibles de estos ángulos. Por ejemplo, si los rayos pasan del aire al agua la cantidad constante n, llamada índice de refracción, vale 4/ 3 y se tiene sen (i) / sen (r') = 4/ 3.

…………………………………..(2)

Para un rayo luminoso con un ángulo de incidencia θ1 sobre el primer medio, ángulo entre la normal a la superficie y la dirección de propagación del rayo, tendremos que el rayo se propaga en el segundo medio con un ángulo de refracción θ2 cuyo valor se obtiene por medio de la ley de Snell.

Obsérvese que para el caso de θ1 = 0° (rayos incidentes de forma perpendicular a la superficie) los rayos refractados emergen con un ángulo θ2 = 0° para cualquier n1 y n2. Es decir los rayos que inciden perpendicularmente a un medio no se refractan.

…………..………………………(3)

Indice.de.refracción.absoluto.y.relativo

La velocidad de la luz depende del medio en el cual se propaga y de su longitud de onda. Solo en el vacío la velocidad de propagación es la misma para cualquier longitud de onda. El concepto que nos da una medida cuantitativa de la velocidad de propagación de la luz en un medio material es el índice de refracción. Indice de refracción absoluto de un medio es la razón entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad en dicho medio. Si llamamos n al índice absoluto de refracción, c a la velocidad de la luz en el vacío y v a su velocidad en el medio considerado se tiene:

N=c/v Índice de refracción relativo de dos medio materiales cualesquiera es la razón entre sus relativos índices de refracción absoluto. Si lo designamos igualmente por n resulta:

N= n1 / n2

Pero:

n1 = c / v1 y n2 = c / v2

Luego:

N = v2 / v1

Esto último indica que índice de refracción relativo de dos medios es igual a la razón inversa de la velocidad de la luz en dichos medios. El índice de refracción del vacío, por definición es igual a la unidad. El del aire es 1,0002926, a 0° C y 760 mm Hg. En la práctica se lo considera igual a 1. Los valores de n, para los diferentes medios se toman ordinariamente en relación con el correspondiente a la raya amarilla del sonido (l = 5893 * 10 -10).

…………………………..(4)

Los líquidos para índice de refracción están formulados para un índice de refracción específico, a una longitud de onda específica y generalmente tienen una viscosidad menor que los aceites de inmersión, puesto que éstos se usan para el montaje real de muestras. Así, mientras que en algunos aspectos existen similitudes, al mismo tiempo, la manera en que se utilizan los dos grupos de fluidos es sustancialmente diferente.

Todos los aceites de inmersión son formulados para tener "baja" fluorescencia, pero los aceites formulados específicamente para utilizarse en fluorescencia, tienen mucho menor, o ninguna fluorescencia. No se debiera tratar de ahorrar dinero usando aceites estándar, cuando se lleven a cabo estudios de fluorescencia.

…………………………..(5)

DETALLES EXPERIMENTALES

Medida del índice de refracción de soluciones de líquidos orgánicos

Se preparó 10 soluciones de 3 ml cada una de propanol y agua , teniendo las siguientes muestras de 0, 5 10 20,30, 40 ,50, 60, 80, 100% en volumen , se tapa inmediatamente para evitar los cambios de concentración .

Se hecho cada muestra en el refractómetro previamente calibrado con agua destilada. Durante cada cambio de muestra se limpió con acetona el prisma de refractrometro.

Se tomó la temperatura y el índice de refracción de cada muestra con ayuda del refractómetro.

Medida del índice de refracción de soluciones de sacarosa

Se calculó la masa necesaria para preparar las soluciones de 2y 8% al peso de sacarosa en agua

Se pesó las muestras de sacarosa en la balanza digital y se pasó a disolver con agua destilada hasta 10 mL.

Se limpio el refractómetro y se uso cada solución para medir su temperatura y índice de refracción de estas.

EJEMPLO DE CALCULOS

a) Obtención de densidad de acuerdo a la temperatura del laboratorio:

Sea:

A: Propanol

B: Agua

ρ22(agua )=0 . 99786 g/mL ρ15( propanol )=0 . 8076 g/mL

β ( propanol )=1. 22 x10−3 (0C )

Si:

ρ22( propanol )= ρ15

1−β (15−T )= 0 . 8076 g/mL

1−1 .22 x10−3oC−1(15−22 )0C

=0 .8007 g/mL

b) Porcentaje En Peso Teórico Del Propanol en la Mezcla:

%W A=PesoE tan olPesoTotal

x100=W A

W A+W B

x100 ;

ρ=WV

⇒W=ρ .V

%W A=ρ AV A

ρA V A+ρBV B

x100

Donde:

A: Propanol. B: Agua.

ρA22=0.8007 g/mL ρB

22=0.9978 g/mL

Luego:

- 5%VA ; VA = 0.15 mL ; VB = 2.85 mL

%W A=0 . 8007 x 0. 15

0 . 8007 x0 . 15+0 . 9978 x 2. 85x100=4 . 052 %

- 0%VA ; VA = 0 mL ; VB = 3mL

%WA = 0%

- 10%VA ; VA = 0.3 mL ; VB = 2.7 mL

%WA = 8.19%

- 20%VA ; VA = 0.6 mL ; VB = 2.4 mL

%WA =16.71%

- 30%VA ; VA = 0.9 mL ; VB = 2.1 mL

%WA = 25.59%

- 40%VA ; VA = 1.2 mL ; VB = 1.8 mL

%WA = 34.85%

- 50%VA ; VA = 1.5 mL ; VB = 1.5 mL

%WA =44.52 %

- 60%VA ; VA = 1.8 mL ; VB = 1.2 mL

%WA = 54.62%

- 80%VA ; VA = 2.4 mL ; VB = 0.6 mL

%WA = 76.25%

- 100%VA ; VA = 3 mL ; VB = 0 mL

%WA =100%

c) Fracción Molar (X) Del Propanol en cada Mezcla:

X=N i

N T ; N=W

M ; W=ρV ⇒ N= ρV

M

NT = NA + NB

∴ X A=M B ρA V A

M B ρA V A+M A ρB V B

Donde:

A: Propanol B: Agua

M, ρ, V: Peso molecular, densidad y volumen de la sustancia.

ρA22=0.8007 g/mL ρB

22=0.9978 g/mL

MA(CH3CH2CH2OH) = 60.10 g/mol MB(H2O) = 18.01 g/mol

Luego:

- 5%VA ; VA = 0.15 mL ; VB = 2.85 mL

X PROPANOL=18. 00 x 0. 8007 x 0. 1518. 01 x0 . 8007 x0 . 15+60 .10 x 0 . 9978 x 2. 85

=0 . 0127

- 0%VA ; VA = 0 mL ; VB = 3 mL

XPROPANOL = 0

- 10%VA ; VA = 0.3 mL ; VB = 2.7 mL

XPROPANOL = 0.026

- 20%VA ; VA = 0.6 mL ; VB = 2.4 mL

XPROPANOL = 0.0567

- 30%VA ; VA = 0.9 mL ; VB = 2.1 mL

XPROPANOL = 0.0934

- 40%VA ; VA = 1.2 mL ; VB = 1.8 mL

XPROPANOL =0.1381

- 50%VA ; VA = 1.5 mL ; VB = 1.5 mL

XPROPANOL = 0.1938

- 60%VA ; VA = 1.8 mL ; VB = 1.2 mL

XPROPANOL = 0.2650

- 80%VA ; VA = 2.4 mL ; VB = 0.6 mL

XPROPANOL = 0.4902

- 100%VA ; VA = 3 mL ; VB = 0 mL

XPROPANOL = 1

d) Porcentaje En Peso Experimental Del Etanol En Cada Mezcla (P A):

100(ηO−1)ρO

=P A(ηA−1)

ρA

+(100−PA )(ηB−1)

ρB

Despejando PA:

PA=[100(ηO−1)ρO

−100(ηB−1)

ρB]X [ ρA ρB

ρB(ηA−1 )−ρ A(ηB−1) ]Donde:

o: Mezcla. A: Propanol. B: Agua

η: Índice de refracción de la mezcla.

d.1) Cálculo de la densidad de la mezcla (ρ0):

ρO=W T

V T

=W A+W B

V A+V B ; W A=ρA V A ; W B=ρBV B

Luego:

- 5%VA ; VA = 0.15 mL ; VA = 2.85 mL

W A=0 .8007 g /mLx 0 .15 mL=0. 1201 g ; W B=0 . 9978 g /mLx 2.85 mL=2 . 8437 g

ρO=W T

V T

=0 .1201+2.8437 g0 . 15 mL+2 . 85 mL

=0 .9879 g/mL

- 0%VA ; VA = 0 mL ; VB = 3 mL

WA = 0 g ; WB = 1.7968g ; ρO = 0.9978g/ml

- 10%VA ; VA = 0.3 mL ; VB = 2.7 mL

WA = 0.2402g ; WB = 2.6940 g ; ρO = 0.9780g/mL

- 20%VA ; VA = 0.6 mL ; VB = 2.4 mL

WA = 0.4840 g ; WB = 2.3947 g ; ρO = 0.9583 g/mL

- 30%VA ; VA = 0.9 mL ; VB = 2.1 mL

WA = 0.7206 g ; WB = 2.0954g ; ρO = 0.9387g/ml

- 40%VA ; VA = 1.2 mL ; VB = 1.8 mL

WA = 0.9608 g ; WB = 1.7960 g ; ρO = 0.9190g/mL

- 50%VA ; VA = 1.5 mL ; VB = 1.5 mL

WA = 1.2010 g ; WB = 1.4967 g ; ρO = 0.8992 g/mL

- 60%VA ; VA = 1.8 mL ; VB = 1.2 mL

WA = 1.4413 g ; WB = 1.1973g ; ρO = 0.8795g/ml

- 80%VA ; VA = 2.4 mL ; VB = 0.6 mL

WA = 1.9217 g ; WB = 0.5987 g ; ρO = 0.8401g/mL

- 100%VA ; VA = 3 mL ; VB = 0 mL

WA = 2.4021 g ; WB = 0 g ; ρO = 0.8007 g/mL

d.2) Cálculo de PA:

ηA = 1.3841 ; ηB = 1.3328

ρA = 0.8007 g/mL ; ρB = 0.9978 g/mL

Luego:

- 5%VA ; ηO = 1.3370 ; ρO = 0.9879 g/mL

PA=[100(1 .3841−1)0 . 9879

−100(1. 3328−1 )

0 . 9978 ] x [ 0 . 8007 x0 . 99780 . 9978 x (1 .3841−1)−0 .8007 x (1 .3328−1) ]=5 . 16 %

Calculo del error:

%WA(teórico) = 4.052% PA(experimenta) = 5.16%

% Error=|4 .052−5 .164 .052

|x 100=27 . 34 % (por _ exceso)

- 10%VA ; ηO = 1.3402 ; ρO = 0.9780g/mL

PA = 9.74% ; %Error = 18.9% (por _ exceso)

- 20%VA ; ηO = 1.3574 ; ρO = 0.8809 g/mL

PA = 26.83% ; %Error = 60.56% (por _ exceso)

- 30%VA ; ηO = 1.3588 ; ρO = 0.9387g/ml

PA = 33.14% ; %Error = 29.50% (por _ exceso)

- 40%VA ; ηO = 1.3598 ; ρO = 0.9190g/mL

PA = 39.46% ; %Error = 11.68% (por _ exceso)

- 50%VA ; ηO = 1.3629 ; ρO = 0.8992 g/mL

PA = 47.86% ; %Error = 7.09% (por _ exceso)

- 60%VA ; ηO = 1.3676 ; ρO = 0.8795g/ml

PA = 57.47% ; %Error = 4.96% (por _ exceso)

- 80%VA ; ηO = 1.3822 ; ρO = 0.8401g/mL

PA = 82.48% ; %Error = 8.17% (por _ exceso)

e) Gráfica de Índice de Refracción de las mezclas en Función de la Fracción Molar del

Componente más Volátil (Propanol):

De la grafica (figura 1) se obtiene los siguientes resultados:

Pendiente = 0.063

Intersección en el eje del índice de refracción = 1.3456

Luego:

Ecuación que relaciona el índice de refracción con la fracción molar es:

η=0 .063 X+1. 3456

f) Refracciones Molares Experimentales De La Mezcla De agua Y Propanol:

Re xp=( ηO2−1

ηO2+2 ) x ( X A M A+(1−X A )M B

ρO)

Donde:

XA : Fracción molar del Etanol.

MA = 60.10 g/mol

MB = 18.00 g/mol

Unidades:

Rexp (cm3/mol)

Luego:

- 5%VA ; ηO = 1.3370 ; ρO = 0.9879 g/mL ; XA = 0.0127

Re xp=( 1 .33702−11 .33702+2 ) x ( 0 .0127 x 60 .10+(1−0 . 0568) x18 . 00

0 . 9879 )=3 .74 cm3 /mol

- 10%VA ; ηO = 1.3580 ; ρO = 0.9780g/mL; XA = 0.0260

Re xp=4 .29 cm3/mol

- 20%VA ; ηO = 1.3670 ; ρO = 0.9583 g/mL; XA = 0.0567

Re xp=4 .78 cm3/mol

- 30%VA ; ηO = 1.3740 ; ρO = 0.9387g/ml; XA = 0.0934

Re xp=5 .34 cm3/mol

- 40%VA ; ηO = 1.3580 ; ρO = 0.9190g/mL; XA = 0.1381

Re xp=5 .69 cm3/mol

- 50%VA ; ηO = 1.3670 ; ρO = 0.8992 g/mL; XA = 0.1938

Re xp=6 .53 cm3/mol

- 60%VA ; ηO = 1.3740 ; ρO = 0.8795g/ml; XA = = 0.2650

Re xp=7 .57 cm3/mol

- 80%VA ; ηO = 1.3580 ; ρO = 0.8401g/mL ; XA = 0.4902

Re xp=10 .10 cm3/mol

g) Refracciones Molares Teóricos De Las Mezclas de Propanol y Agua:

Radd=X A ( ηA2−1

ηA2+2 )( M A

ρA)+(1−X A )( η

B2−1

ηB2+2 )( M B

ρB)

Donde:

ρA22=0.8007 g/mL ρB

22=0.9978 g/mL

MA = 60.10 g/mol MB = 18.00 g/mol

ηA = 1.3841 ηB = 1.3328

XA : Fracción molar del Propanol.

Unidades:

Radd = (cm3/mol)

Luego:

- 5%VA ; XA = 0.0127

Radd=0 .0568( 1.38102−11.38102+2 )(60 .10

0 .8007 )+(1−0 .0568)( 1 .33332−11 .33332+2 )(18. 00

0 .9978 )=3 .4169cm3 /mol

Cálculo del error:

Rexp = 4.5039 Radd = 3.4169 cm3/mol

% Error=|4 .5039−3 .41694 .5039

|x100=24 .13 % (Por _defecto)

- 10%VA ; XA = 0.4611

Radd=4 .6237 ; Rexp = 5.6834 cm3/mol ; %Error = 18.65% (por _defecto)

- 20%VA ; XA = 0.6581

Radd=6 . 5058 ; Rexp = 7.4364 cm3/mol ; %Error = 12.51% (por _ defecto)

- 30%VA ; XA = 0.8369

Radd=9 . 8421 ; Rexp = 10.4876 cm3/mol ; %Error = 6.15% (por _ defecto)

- 40%VA ; XA = 0.4611

Radd=4 .6237 ; Rexp = 5.6834 cm3/mol ; %Error = 18.65% (por _defecto)

- 50%VA ; XA = 0.6581

Radd=6 . 5058 ; Rexp = 7.4364 cm3/mol ; %Error = 12.51% (por _ defecto)

- 60%VA ; XA = 0.8369

Radd=9 . 8421 ; Rexp = 10.4876 cm3/mol ; %Error = 6.15% (por _ defecto)

- 80%VA ; XA = 0.8369

Radd=9 . 8421 ; Rexp = 10.4876 cm3/mol ; %Error = 6.15% (por _ defecto)

h) Medición Del Índice De Refracción De La Sacarosa

- Calculo del porcentaje en peso teórico de la sacarosa

%Wteórico=WsacarosaWtotal

∗100

W(agua) = ρ.V = (0.9982 g/mL)x(10mL) = 9.9820 g

Wtotal = Wsacarosa + Wagua = 0.6248 + 9.9820 = 10.6068 g

1.- %Wteórico= 0 . 6248

10 .6068∗100=5 .89 %

%Wexperimental = 5%

- Medida del índice de refracción experimental:

n (experimental) = 1.3390

n (teórico) = 1.3399

Cálculo de error:

% Error=|1 .3399−1 .33901.3399

|x100=0 .07 %→ pordefecto

2.- %Wteórico= 1. 2498

10 .6068∗100=11.78 %

%Wexperimental = 10%

- Medida del índice de refracción experimental:

n (experimental) = 1.3390

n (teórico) = 1.3450

Cálculo de error:

% Error=|1 . 3399−1 .34501. 3399

|x100=0 .38 %→ porexceso

1. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Los índices de refracción obtenidos para las muestras son con respecto al índice del aire,

es decir lo que se lee es el índice absoluto de la mezcla debido a que según la ley de Snell

el índice de refracción del aire no afecta porque este es 1.

Las muestras puras de etanol y propanol tratados por separado nos da el índice de

refracción para cada una de estas muestras, esto para emplearlos en el cálculo de la

refracción molar teórica (Radd).

Los índices de refracción varían para cada solución de distintos porcentajes en peso,

debido a que este es un indicativo de pureza y al variar los porcentajes de las mezclas, el

rayo incidente sufrirá cambio de dirección para cada muestra, siendo el ángulo de

incidencia constante y el ángulo de refracción varia de acuerdo al medio.

Se obtienen porcentajes de error por exceso debido a que el etanol al encontrarse en

mayor porcentaje y ser más volátil, siendo así el porcentaje en peso disminuye y tiende a

asemejarse más al propanol.

El índice de refracción para el propanol es mayor que el etanol, esto porque la densidad

del primero es mayor, siendo el segundo más volátil y ofrece menos resistencia frente al

rayo de luz incidente.

2. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El índice de refracción solamente depende de la longitud de onda del rayo incidente, ya

que varía muy poco con los cambios de temperatura y presión del aire en el laboratorio.

Para el etanol, a mayor fracción molar menor índice de refracción, esto porque el índice de

refracción para el etanol puro es menor a la del propanol puro.

Al igual que las otras formas del volumen molar, la refracción molar es una propiedad

aditiva y constitutiva.

Como la velocidad de propagación es difícil de determinar directamente, de ordinario se

recurre a métodos indirectos, con los cuales se mide el cambio en la trayectoria óptica

debido al retardo en la propagación de la luz, como lo es el método del refractómetro

Abbe.

Los índices de refracción dependen de la concentración de los componentes, por lo que se

recomienda realizar el procedimiento respectivo en forma rápida y así evitar la

volatilización de los componentes.

CUESTIONARIO.

1. ¿Cuáles son los tipos de refractómetros?. Describa en forma breve el refractómetro ABBE(partes esenciales, escalas, tipo de luz, etc)

Los índices de refracción pueden ser medidos por dos tipos de instrumentos: los refractómetros y los interferómetros. 

Refractómetros: se basan en la refracción del ángulo critico o en la determinación del desplazamiento de una imagen. Existen dos tipos de refractómetros que son: el de Abbé y el de Inmersión.

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.

Refractómetro de Inmersión: da una preescisión mayor en sus lecturas que cualquier otro tipo, excepto el r3efractometro de interferencia. Como el índice de refracción cambia con la temperatura, debe escogerse una temperatura patrón. Mide concentraciones con más precisión y facilidad, de soluciones acuosas y alcohólicas.

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.

La palabra "refractómetro" se popularizó en el último tercio del siglo XIX gracias a los trabajos de varios autores, entre los que destaca el alemán Ernst Abbe (1840-1905) que colaboró con el fabricante de instrumentos Carl Zeiss. Los refractómetros Abbe estaban especialmente dirigidos a análisis químicos que generalmente comportan el estudio de muestras líquidas, al contrario de lo que ocurre en otras áreas como la mineralogía.

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El refractómetro, como pieza fundamental, consta de un prisma recto de flint, según se indica en la figura. Este vidrio posee un elevado poder dispersivo, propiedad que mide la separación angular relativa producida en los colores extremos del espectro. Cuando se sumerge en un líquido, s , cuyo índice de refracción se pretende medir y se hace llegar sobre la superficie hipotenusa, AC, un haz de luz monocromática con una incidencia de 90º se refracta según ángulo b que coincide con el valor del ángulo límite, L. El rayo se refracta sobre la superficie BC con una incidencia de valor a y una emergencia igual a e .

El índice de refracción del flint respecto al aire vale naf = sen e / sen a ; el de la sustancia respecto al flint es nsf = sen 90º / senb, y la suma de los ángulos interiores es a + b = d , siendo este último el ángulo diedro agudo del prisma recto . Los valores de naf

y d son conocidos y fijos, al tanto que los de nsf , sen e, a y b están relacionados por las expresiones anteriores. Todos los rayos que penetran desde la sustancia con una incidencia menor de 90º salen desviados a la izquierda del rayo emergente, el cual determina, por tanto, el límite de separación de dos zonas, clara y oscura respectivamente, observables en el campo de un ocular cuyo eje coincida con la línea de separación . El anteojo que contiene el referido ocular se desplaza sobre un limbo en el que se ha construido una escala que suministra directamente el valor de nas, o índice de refracción de la sustancia respecto al aire, a expensas de la relación existente entre los índices de refracción de los tres medios implicados nas = naf / nsf

Las determinaciones pueden hacerse iluminando con luz monocromática de sodio. Si embargo es posible emplear una lámpara de luz blanca, ya que en el interior del tubo del refractómetro existe un par de prismas Amici que decomponen o recomponen más o menos la luz según la posición que adopte uno de los prismas respecto al otro, lo que se logra mediante un tornillo de giro manejable exteriormente sobre el tubo.

La sustancia líquida a ensayar se coloca en forma de gota sobre la cara pulimentada y libre del prisma; se aprisiona mediante otro prisma de igual forma, pero que posee esmerilada su cara externa. Ambos primas están unidos mediante una bisagra que permite el libre giro de uno de ellos.

El instrumento está provisto de un sistema de termostatación consistente en una caja metálica que contiene los prismas y por la que circula agua proveniente de un depósito exterior construido especialmente por la misma casa Zeiss suministradora del instrumento. Como accesorio se facilita una lámina de vidrio de índice de refracción conocido, marcado sobre una de las caras del pequeño paralepípedo, que se adhiere a la cara hipotenusa del prisma fundamental mediante monobromuro de naftaleno.

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2. ¿Cuál es el efecto de la variación de la temperatura y de la presión en la refracción especifica y en la refracción molar de los liquidos?

La teoría dice que el índice de refracción aumenta con la presión debido al aumento de la densidad. Un aumento de la presión y, por lo tanto, de la densidad aumenta la concentración de electrones encontrados por la radiación y aumenta correspondientemente el valor del índice de refracción. Y una variación de la temperatura, produce una disminución de la densidad , por ello una disminución de el numero de electrones encontrados y una disminución del índice de refracción.

3. Importancia del uso del refractómetro en la industria alimenticia

La importancia del refracción en esta industria es:

Industria alimentaria y de bebidas

Medición continuada de la concentración de azúcar para la regulación de la caldera de azúcar

Medición continuada de la concentración de azúcar en la mezcla de refrescos

Medición continuada del contenido de extracto original en el mosto frío en la fabricación de cerveza

Medición de mosto de vino (°Oechsle)

Análisis de cerveza (alcohol, extracto y extracto seco original) en combinación con medición de densidad

Medición de pastas y fluidos densos: azúcar líquido, melaza, miel, leche, yogurt, puré de tomate, de manzana, mermelada, mosto de vino, malta

1.Aplicaciones en los alimentos:

a.Azúcar y edulcorantes

El contenido de azúcar y edulcorante es a menudo la crítica, y caro, componente de la mayoría de los productos alimenticios y bebidas.

En la industria de alimentos mantener la concentración adecuada garantiza una calidad constante y reduce los costos, se utiliza para medir el contenido de sacarosa en una solución, pero también se utiliza como una medida relativa de la concentración de otros tipos de edulcorantes, como la alta concentración de fructosa de maíz jarabes de fructosa (JMAF).La medición de la concentración de sólidos disueltosasegurará de que los rendimientos de producción se extiendan y los beneficios se mantengan. Los edulcorantes es típicamente se venden en un estado de concentración. A partir de este, el productor reconstituirá el edulcorante en una concentración más baja como parte de laproducción de los alimentos o bebidas.Un problema que se encuentra con frecuencia durante la medición es que las muestras de alimentos y bebidas son a menudo muy coloreados y opacos incluso los azúcares líquidos son a

menudoviscosas.Algunas muestras, tales como jugos y concentrados de frutas, mermeladas, jaleas y han disuelto los materiales, como la celulosa, que pueden afectar a la lectura mediante el bloqueo de la luz en un refractómetro portátil manual de estilo.

b.Aromas, aceites y aditivos alimentarios (vitaminas, suero de leche, emulsionantes).

Los componentes que conforman un producto final deben ser críticamente supervisados y controlados.Esto se logra mediante la medición del ín dice de refracción de la pureza del producto.Si la medición es ligeramente diferente que el valor esperado y conocido, entonces el producto ha sido adulterado.

c.Frutas y Hortalizas madurez.

Muchos productos agrícolas se cosechan cuando se determina que una maduración específica que se ha logrado.Esta madurez se determina tomando los jugos naturales y los azúcares de los productos y los ensayos el nivel de grados Brix (% de sólidos).Los productores de vino saben que es el momento de las uvas de la cosecha cuando alcanzan un cierto nivel de grados Brix o el azúcar.

Esto es importante, ya que el nivel de azúcar juega un papel importante en el proceso de fermentación, afectando la calidad del producto final y la aceptación del consumidor.

d.En la miel.Los refractómetros operan de manera diferente y permiten identificar el nivel de humedad de la miel dentro del panal. Esta va bajando a medida que pasa el tiempo lo que la protege de hongos y suacción de fermentación que la descomponen durante la época de guarda. El equipo puede medir entre 12% y 27% de agua o humedad y es útil tanto para productores como exportadores.

e.Para la industria alimenticia

Existen refractómetros de mayor rango: de 28 a62ºbrix, de 45 a 82ºbrix, y de 58 a 92ºbrix, que permiten medir dulces, mermeladas y jarabes.

A su vez, son muy utilizados los salinómetros, que en un rango de 0 a 100% o entre 0 y 10% pero con una resolución más fina (del 0,1%) permiten identificar el punto exacto en soluciones para la industria salmonera y acuicultura en general así como en la avícola o en productoscomo aceitunas, pickles y otras preparaciones saladas.

Todos ellos vienen en tamaño de bolsillo y son de muy fácil utilización, con sólo introducir una gota de solución en el lente.APENDICE