INSTITUTO POLITCNICO NACIONALUNIDAD PROFECIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGALABORATORIO DE FISICOQUMICA AMBIENTAL

PRCTICA 1. DETERMINACIN DE DENSIDAD, VISCOSIDAD E NDICE DE REFRACCIN.

EQUIPO 1: DIAZ BARROSO ARTURO LARA ALVARADO G. ESTEFANI LPEZ GOMEZ SANDRA MORN CRUZ CINDY LAURA PASTOR GUTIRREZ JONATHAN ROBERTO

GRUPO: 3AM1

PROFESORES:EMMA BOLAOS VALERIOLUIS MARTN MORN SNCHEZYARI SIERRA URBANO

01 DE SEPTIEMBRE DEL 2014PRCTICA 1. DETERMINACIN DE DENSIDAD, VISCOSIDAD E NDICE DE REFRACCIN.

1. INTRODUCCIN

DensidadLa densidad de una sustancia homognea es una propiedad fsica que la caracteriza y est definida como el cociente entre la masa y el volumen de la sustancia que se trate.Esta propiedad depende de la temperatura, por lo que al medir la densidad de una sustancia se debe considerar la temperatura a la cual se realiza la medicin. Una de las tcnicas ms comn para determinar la densidad de una sustancia liquida es utilizando un picnmetro, que es un instrumento sencillo cuya caracterstica principal es la de mantener un volumen fijo al colocar diferentes lquidos en su interior. Esto sirve para comparar las densidades de entre lquidos diferentes, basta con pesar el picnmetro con cada lquido por separado y comparando sus masas.Es usual comparar la densidad de un lquido respecto a la densidad del agua pura a una temperatura determinada, por lo que al dividir la masa de un lquido dentro del picnmetro respecto de la masa correspondiente de agua, se obtiene la densidad relativa del lquido respecto a la del agua a la temperatura de medicin. (UNAM, 2007)

Viscosidad.Una propiedad general de un fluido es que la aplicacin de una fuerza tangencial que produce un flujo en el mismo, se le opone una fuerza proporcional al gradiente de la velocidad de flujo. Este fenmeno se le conoce como viscosidad. Considerando como ejemplo, dos placas paralelas de rea (A) separadas por una distancia (D); tomando en cuenta que D es pequea en comparacin con cualquier dimensin de las placas. Entre las placas hay una sustancia uniforme; si una de las placas se deja en reposo mientras la otra se mueve con velocidad uniforme () en una direccin paralela a su propio plano, en condiciones ideales, el fluido sufre un movimiento deslizante puro y se crea un gradiente de velocidad de flujo de magnitud en el mismo.Este es el ejemplo ms sencillo de flujo laminar o flujo viscoso puro, en el que la inercia del fluido no juega un papel significativo en determinar la naturaleza de su movimiento. Para que se alcance un flujo laminar, la condicin ms importante que se debe cumplir es que la velocidad del flujo sea lenta. En el flujo laminar en un sistema con lmites slidos estacionarios, las trayectorias de cada elemento del fluido con masa infinitesimal no atraviesan ninguna de las superficies laminares estacionarias de la familia infinita de ellas que puede definirse en el sistema.En el ejemplo sencillo dado antes, estas superficies laminares son los infinitos planos paralelos a las placas. Cuando la velocidad del fluido crece, el flujo se hace turbulento y su momento lo lleva a travs de esas superficies laminares en forma que se producen vrtices o remolinos. Con flujo laminar, la fuerza (F) que resiste el movimiento relativo de las placas es proporcional al rea y al gradiente de velocidad: por lo que La constante de proporcionalidad se llama coeficiente de viscosidad del fluido, o sencillamente la viscosidad del mismo. (Mott , 1996)

ndice de RefraccinLa luz se propaga en lnea recta a velocidad constante en un medio uniforme. Si cambia el medio, la velocidad cambiar tambin y la luz viajar en lnea recta a lo largo de una nueva trayectoria. La desviacin de un rayo de luz cuando pasa oblicuamente de un medio a otro se conoce como refraccin. El fundamento de la refraccin se ilustra en la figura 1 para el caso de una onda de luz que se propaga del aire al agua. El ngulo i que se forma entre el haz incidente y la normal a la superficie se conoce como ngulo de incidencia. Al ngulo r formado entre el haz refractado y la normal se le llama ngulo de refraccin. (Itlalaguna.edu, 2004)

Figura 1 Ilustracin del fundamento del ndice de refraccin

2. OBJETIVOSa) El alumno definir e identificar la importancia de las propiedades: densidad, viscosidad e ndice de refraccin en soluciones acuosas.b) Determinar experimentalmente la relacin de la densidad, la viscosidad e ndice de refraccin con la concentracin de algunas soluciones.c) Demostrar qu factores pueden modificar dichas propiedades.d) Relacionar cul es la importancia de estas propiedades en la industria Farmacutica, indicando ejemplos de aplicacin.

3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALa) Densidad

b) Viscosidad empleando el viscosmetro de Otswald

c) Mtodo de la esfera cada

d) ndice de refraccinDeterminar la refraccin del lquido problema con la ayuda del refractmetro de Abbe, Figura 2.

Figura 2 Ilustracin de un refractmetro de Abbe

4. RESULTADOS

a) Densidad relativaMasa del picnmetro con la sustancia Masa del agua Masa de la sustancia

Tabla 1 Masas de la solucin de sacarosa a diferentes concentraciones utilizando el picnmetro.Concentracin de solucin de Sacarosa

0.1 M27.509310.88730.9983

0.2 M27.624911.00241.0089

0.3 M27.781911.15991.0233

0.4 M27.935411.31341.0374

0.5 M28.096511.47451.0521

Tabla 2 Masas de la solucin de etanol absoluto a diferentes concentraciones utilizando el picnmetro.Concentracin de solucin de Etanol

10%28.39419.59000.8793

30%28.15069.31660.8543

50%27.56808.73400.8008

70%27.15038.31650.7626

90%26.83037.99630.7332

b) Viscosidad empleando el Viscosmetro de Ostwald

Tiempo del agua Tiempo de las soluciones de etanol (Tiempo de las soluciones de sacarosa

Tabla 3 Tiempo de flujo de agua destilada usando el viscosmetro de Ostwald.tw=79.45 segundos

Tabla 4 Tiempos de flujo y viscosidades de la sacarosa a diferentes concentracionesConcentracin de solucin de Sacarosa

0.1 M781.5730

0.2 M831.6738

0.3 M881.7746

0.4 M971.9561

0.5 M1973.9728

Tabla 5 Tiempos de flujo y viscosidades del etanol absoluto a diferentes concentraciones.Concentracin de solucin de Etanol

10%111.371.1018

30%156.431.5475

50%179.161.7724

70%195.231.9318

90%162.221.6046

c) Mtodo de la esfera cada

Tabla 6 Viscosidad por el mtodo de la cada de la esfera.Solucind(m)t(seg)v (ms-1)

Glicerina0.568755.22352201500

Propilenglicol0.5736.550.087480.0784178.4158

*La viscosidad terica se obtuvo de las hojas de seguridad de los respectivos reactivos, la viscosidad de la glicerina se encuentra a 25C y la del propilenglicol a temperatura ambiente.

d) ndice de refraccinTabla 7 Datos de densidades relativas e ndice de refraccin de las disoluciones de sacarosa.Concentracin de la solucin de sacarosa (M)

0.11.57301.337

0.21.67381.342

0.31.77461.347

0.41.95611.352

0.53.97281.355

Tabla 8 . Datos de densidades relativas e ndice de refraccin de las disoluciones de etanol a diferentes concentraciones.Concentracin de la solucin de sacarosa (% p/p)

101.10181.339

301.54751.349

501.77241.355

701.93181.361

901.60461.363

5. ANLISIS DE RESULTADOS

a) Densidad relativaObservando el Grafico 1, y generando el anlisis del comportamiento de la densidad respecto el aumento de la concentracin de la sacarosa en una disolucin con agua, vemos que dicha densidad aumenta respecto al aumento de la concentracin, esto nos dice que la masa de la sacarosa es proporcional a su volumen, [lo contrario con el caso del etanol, que se analiza a continuacin]; tambin esta grafica indica que la volatilidad de la sacarosa en solucin es menor que la del agua.

Grafico 1 Grafica del comportamiento de la densidad respecto el aumento de la concentracin de la sacarosaEn el Grafico 2 se observa la disminucin de la densidad respecto al aumento del porcentaje de la concentracin, dicho fenmeno puede adjudicarse al hecho de que el etanol naturalmente es un lquido y por ende tiende a la volatilizacin [lo contrario de la sacarosa que es un slido], por lo cual su actividad molecular tiende a la expansin de su volumen, lo cual da por resultado que su densidad valla en decrecimiento mientras hay mayor cantidad de etanol en la disolucin. Tambin se observa que la volatilidad del etanol es mayor que la del agua, ya que su densidad tambin lo es.

Grafico 2 Grafica del comportamiento de la densidad respecto el aumento de la concentracin del etanolb) Viscosidad empleando el Viscosmetro de Ostwald

Grafico 3 Viscosidad de la sacarosa con respecto a la concentracin molar

Grafico 4 Regresin lineal de la viscosidad de la sacarosa

Con respecto a los datos en la grfica 3 nos hacen mencin que las propiedades de las disoluciones no slo dependen de la proporcin relativa de ambos, esto es la concentracin. La dependencia con la concentracin de la viscosidad de una disolucin, considera a la disolucin como un conjunto de partculas esfricas en el interior de disolvente continuo.Los datos que tenemos por tanto nos indican que, representa la viscosidad, pero tambin la fraccin de volumen de esferas de soluto; por lo que entre mayor sea esta concentracin en el disolvente, este adquirir mayor viscosidad, ya que la fraccin de molculas ser ms, dando resistencia al fluido para poder desplazarse.

Grafico 5 Viscosidad del etanol con respecto a su concentracin

El efecto de la temperatura en el etanol influye en su comportamiento, al igual que su concentracin, al ser un fluido que se volatiliza, al inicio tiende aumentar los valores de viscosidad ya que es un lquido, pero entre mayor es la concentracin de etanol tiende a tener un comportamiento de gas, es decir, aumenta la concentracin de etanol por lo que su viscosidad disminuye, ya que la temperatura es otro factor que se manifiesta en el cambio de estado de este lquido.

Grafico 6 Regresin lineal del etanol

c) Mtodo de la esfera cadaCon respecto a los resultados que se presentan en la tabla nmero 6, realizamos la respectiva comparacin de las viscosidades obtenidas experimentalmente con las viscosidades registradas en la bibliografa. Para la glicerina tenemos una viscosidad experimental mayor a la reportada bibliogrficamente, en el caso del propilenglicol, resulta igualmente mayor la viscosidad experimental que la reportada en bibliografa, esto puede adjudicarse a que el mtodo de la esfera cada, es un mtodo que carece de una calibracin por lo que es ms susceptible a las variaciones por errores humanos, los estados de pureza y principalmente la temperatura de los reactivos actan directamente sobre la viscosidad de los mismos, por lo tanto, el no conocer especficamente estos dos paramentos limitan a profundizar sobre las viscosidades obtenidas.

d) ndice de refraccinLa densidad y el punto de ebullicin son constantes al igual que el ndice que refraccin, estas son usadas para describir una especie qumica, por lo tanto el ndice de refraccin es distinto en cada sustancia. El ndice de refraccin del agua en relacin con el aire es de 1.333 (A. Cromer, 2006), en la Tabla 7 podemos observar que al tener disoluciones de agua y sacarosa, el ndice de refraccin de la disolucin aumenta, cuando ms grande sea la cantidad disuelta, aumentara ms el ndice de refraccin y por consiguiente la concentracin aumentara .Como tambin podemos observar en la tabla 7 a menor concentracin (0.1M) la luz atraviesa ms fcilmente de un medio a otro medio porque esta se dispersa menos, es decir, el haz de luz incidente llega perfectamente a la vertical del ngulo, entonces se dice que un rayo se acerca a la normal cuando entra en un medio pticamente ms denso y se aparta de la normal, cuando entra en un medio menos denso, por lo tanto el ndice de refraccin est estrechamente relacionado con la concentracin de la sustancia. Y a mayor concentracin (0.5M) el ngulo incidente en vez de ser refractado es ligeramente reflejado y este cambia de direccin, esto sucede porque un rayo de luz al pasar oblicuamente de un medio a otro de densidad distinta aumenta. En la literatura1 se menciona un ndice de refraccin para la sacarosa (sin diluciones) de 1.3998 a 20C (A. Cromer, 2006) y como no se obtuvo el ndice de la sacarosa pura no se puede realizar una comparacin y obtener un error para realizar una anlisis cualitativo.

Grafico 7 ndice de refraccin vs Concentracin de sacarosaEn la grfica anterior podemos observar el aumento del ndice de refraccin dependiente de la concentracin de sacarosa, de esta manera podemos exponer lo explicado anteriormente.En cuanto a la prueba con disoluciones de etanol, observando el grafico 8 a mayor concentracin de etanol, mayo es el ndice de refraccin, esto debido a que la intensidad de los rayos reflejado y refractados depende del ngulo de incidencia de los ndices de refraccin y de la polarizacin del rayo incidente.

Grafico 8. ndices de refraccin vs concentracin disoluciones de etanol

6. CONCLUSIONESLa densidad, viscosidad y el ndice de refraccin son propiedades que definen a la materia y la concentracin est estrechamente relacionada.Cuando la concentracin de una solucin crece la densidad relativa puede aumentar o decrecer, todo depende de la volatilidad del compuesto, ya que por esta propiedad, las molculas del compuesto pueden ocupar ms o menor volumen, respecto al volumen que puede ocupar el agua.La viscosidad y el ndice de refraccin se incrementan cuando la concentracin de una solucin crece, debido a las interacciones entre las molculas y tomos.Los factores que afectan a la viscosidad, densidad e ndice de refraccin son la temperatura y la presin.Para la elaboracin de procesos y plantas es necesario conocer este tipo de propiedades ya que definen a lquidos, slidos y gases, los cuales son parte fundamental de procesos. Son utilizados como materias primas o sustancias que potencializan los procesos.7. RELACIN CON INGENIERIA AMBIENTALDeterminar la densidad en las diferentes soluciones de sacarosa o etanol con sus distintas molaridades nos ayuda en la carrera de Ing. ambiental en saber cmo es su comportamiento entre la concentracin y la densidad y con ello poder formar Cultivos Energticos estos cultivos se generan con la nica finalidad de producir biomasa transformable en combustible, a partir de cereales oleaginosas , herbceos, etc.; conociendo su densidad como tambin su viscosidad en diferentes concentraciones podemos saber cul sera la mejor solucin para producir biomasa aceptable para su trasformacin a combustible.APLICACIONES DE LA REFRACTOMETRA1) Anlisis cualitativo: Basado en el hecho de que el ndice de refraccin es una constante fsica caracterstica de cada sustancia para una radiacin de longitud de onda dada y con ello saber de qu soluciones o mezclas tenemos 2) Anlisis cuantitativo: La obtencin de curvas de calibrado proporciona un procedimiento adecuado para analizar mezclas y disoluciones,para as saber el comportamiento de las mismas para obtener una biomasa adecuada a nuestro procedimiento.8. MEMORIA DE CLCULO a) Densidad relativaDatosMasa del picnmetro con la sustancia Masa del agua Masa de la sustancia

Tabla 1 Masas de la solucin de sacarosa a diferentes concentraciones utilizando el picnmetro.Concentracin de solucin de Sacarosa (g) (g)

0.1 M27.509310.88730.9983

0.2 M27.624911.00241.0089

0.3 M27.781911.15991.0233

0.4 M27.935411.31341.0374

0.5 M28.096511.47451.0521

Formula

Sustitucin

b) Viscosidad empleando el Viscosmetro de Ostwald

Ahora bien considerando que el radio del capilar es el margen de error, los clculos se desarrollan con la formula:

Despejando a tenemos que:

Anlisis dimensional

Concentracin de la sacarosa

Concentracin de la sacarosa al 0.1 M

Concentracin del etanol

Concentracin del etanol al 10%

c) Mtodo de la esfera cada.

Esfera de metal.Radio (m) () (Kg/) (Kg/)Gravedad (m/

1.51.41x931912619.81

Para la Glicerina.

Esfera de vidrio.Radio (m) () (Kg/) (Kg/)Gravedad (m/

1.51.41x2434.5310369.81

Para el propilenglicol.

9. RECOMENDACIONES A LA PRCTICANuestra principal recomendacin es que se modifiquen los objetivos de esta misma prctica referencindolos a la carrera de Ingeniera Ambiental, ya que hacen referencia a la carrera de Ingeniera Farmacutica, al igual que algunos ejemplos mencionados, es interesante saberlo, pero el nombre especficamente indica que es un manual de FISICOQUIMICA PARA INGENIERA AMBIENTAL.

REFERENCIASGilbert W., C. (1998). FISICOQUIMICA (2da ed.). Mxico: Pearson. Recuperado el 2014.Itlalaguna.edu. (2004). Indice de refraccin. Obtenido de http://www.itlalaguna.edu.mx/Academico/Carreras/electronica/opteca/OPTOPDF1_archivos/UNIDAD1TEMA5.PDF.Mott , R. (1996). Mecanica de fluidos. Mxico: Pearson.UNAM. (2007). Lboratorio de mecanica y fluidos. Recuperado el Agosto de 2014, de http://www.fisica.uson.mx/manuales/mecyfluidos/mecyflu-lab10.pdf.

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