AJUSTE DEL POLARÍMETRO

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1 Nº PRÁCTICA: FECHA:././. AJUSTE DEL POLARÍMETRO FUNDAMENTO: El polarímetro es un instrumento utilizado para medir el poder de rotación específica de algunas sustancias ópticamente activas, aportando importante información relacionada con el peso específico, la pureza, la concentración y el contenido de la sustancia a analizar. El polarímetro dispone de polarizador y analizador y trabaja según el principio de semi-sombra y la lectura se realiza a través de un ocular con dos nonius. El polarímetro es un instrumento utilizado para determinar la actividad óptica de una sustancia mediante la medición del cambio rotacional que sufre el plano de vibración de un haz de luz polarizada cuando atraviesa dicha muestra. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 1 de 45

2 El polarímetro se basa en el principio de semi-sombra y consta de un polarizador fijo y un analizador giratorio. El analizador está montado sobre una escala graduada de manera que permita medir el ángulo de rotación. De esta manera, el analizador determina la polarización del haz de luz que ha atravesado el compartimento de la muestra. Cuando el analizador se sitúa en una posición perpendicular al plano de polarización del haz de luz, dicho haz de luz queda bloqueado; mientras que cuando el analizador está en la misma posición que el plano de polarización, se produce la máxima transmitancia. Por tanto, la intensidad de la luz transmitida varía entre estos dos estados. El campo de visión a través del ocular permite visualizar el efecto de semi-sombra. El campo se divide en 3 regiones, una banda central y dos áreas laterales mediante una lámina retardadora de ½ λ colocada en una posición previa al compartimento de muestras. Esta lámina retardadora cambia el plano de polarización de la banda central. Si la dirección del analizador (figura, AA ) es perpendicular a la línea de separación de las 3 regiones (figura, OX), ambas mitades tendrán igual pero baja intensidad de iluminación. Al girar el analizador, la banda central se oscurece mientras que aumenta la iluminación de las zonas laterales. Existen 4 posiciones en un giro de 360 del analizador en el que la intensidad de iluminación es igual en las 3 zonas del campo de visión. En la posición 0 y 180 la iluminación es igual GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 2 de 45

3 pero de baja intensidad, mientras que a 90 y 270 la iluminación es igual pero de alta intensidad. Ninguna de estas dos últimas posiciones pueden ser utilizadas para realizar las mediciones; el equipo ha sido configurado para realizar lecturas utilizando únicamente aquellas posiciones en las que la iluminación es igual en las 3 regiones del campo de visión pero de baja intensidad. En este punto, el ángulo de rotación del analizador es igual al poder de rotación de la sustancia ópticamente activa. Conociendo el ángulo de rotación, la longitud del tubo que contiene la muestra y la concentración, es posible calcular la rotación específica [α] t λ de la sustancia a analizar, mediante la siguiente fórmula: t α λ = α 100 L C Donde: α = ángulo de rotación medido utilizando la luz de longitud de onda λ a temperatura t. L = longitud del tubo que contiene la muestra en dm. C = concentración de la sustancia en gramos por 100 cm 3 de disolución. El ángulo de rotación a está también relacionado con la temperatura. Si se realizan mediciones a una longitud de onda de 589,3 nm (utilizada con la mayoría de sustancias), el ángulo de rotación se reduce 0,3% por cada aumento de temperatura de 1º C. Para obtener la máxima precisión se recomienda trabajar a una temperatura de 20 ± 2º C. ESQUEMA FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO: La luz generada por el vapor de sodio de la lámpara (1) es proyectada a través del condensador (2), el filtro de color (3) y el polarizador (4), convirtiéndose en una luz polarizada plana y lineal, que pasa por la placa de cuarzo retardadora de media longitud de onda (5) adquiriendo en el campo óptico un GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 3 de 45

4 aspecto de visualización triple como se observa en la figura: En ausencia de muestra en el trayecto del haz de luz, si los planos de polarización del polarizador y analizador están en posición paralela, el campo óptico triple estará uniformemente iluminado (C). Al introducir el tubo (6) con la muestra ópticamente activa en el compartimento, el plano de luz polarizada girará en un ángulo determinado y el campo óptico cambiará. Observando a través del ocular (9) se observará una zona central luminosa (u oscura) y dos zonas laterales oscuras (o luminosas), es decir tres campos visuales de diferente intensidad de iluminación (A) o (B). En este momento se debe girar el analizador (7) mediante el mando (12) hasta que la luminosidad del campo óptico sea igual en las tres partes. El ángulo que ha girado el analizador corresponderá al ángulo en el que la muestra ópticamente activa ha girado el plano de polarización de la luz. Este ángulo se puede leer en la escala (11) a través de las lentes de aumento laterales (10). GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 4 de 45

5 La escala está dividida en 180 partes cada una de las cuales representa 1, mientras que el Vernier o nonius está subdividido en 12 partes correspondientes a 11 subdivisiones de la escala y puede ser utilizado para leer el ángulo con una aproximación de 5 (1/12 ). En el ejemplo que se muestra en la figura siguiente el ángulo de rotación es de La posición 0 del nonius está entre el valor 8 y 9 (muy cercano al 9 ). Ahora mirando en la escala del nonius podemos observar cómo la línea del nonius que coincide con la escala graduada es la de la posición 5, así tendremos los 50 de la medida. NOTA: el dibujo no está perfectamente proporcionado por lo que puede inducir a error. Para obtener una mayor precisión, los errores debidos a la excentricidad de la escala y del vernier o nonius se pueden compensar leyendo el valor de los ángulos a ambos lados y haciendo la media de los dos. En el siguiente ejemplo puede verse que la medida es de GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 5 de 45

6 MATERIAL Y REACTIVOS: - Polarímetro. - Pipetas. - Vasos de precipitados. - Agua destilada. - Sacarosa. - Glucosa. - Otras sustancias ópticamente activas. PROCEDIMIENTO CALIBRACIÓN DEL POLARÍMETRO. 1. Debe efectuarse la medición con el tubo del polarímetro limpio y seco. Para la limpieza emplear disolventes apropiados o agua destilada, seguidos de acetona y aire limpio y seco. Periódicamente puede limpiarse con mezcla crómica para la eliminación de la materia orgánica. 2. Si hay posibilidad de que la muestra de calibración o de medida contenga polvo u otra materia sólida deberá filtrarse a través de placa porosa. 3. Conectar la lámpara de sodio. Después del encendido esperar unos 10 minutos para obtener una radiación monocromática más uniforme. 4. Abrir la tapa del compartimento. 5. Introducir el tubo vacío, con ambos cristales montados en el compartimento. 6. Ajustar el visor rotando la pieza, hasta obtener una imagen como en la figura Girar la rueda de control hasta que en la escala se lea el valor 0 en ambos lados. 8. Si tras estas operaciones se observa una figura como la 1 o la 3, el punto de referencia estará por debajo o por encima del cero óptico. Este cero de referencia puede ser conseguido moviendo los prismas, pero es difícil de conseguir buenos resultados con este procedimiento. 9. Establecer el error de cero como el valor que por exceso o defecto obtenemos en la medida del tubo vacío. Este valor se suma o reduce a la medida de los ángulos de desviación obtenidos en la medida de las sucesivas muestras. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 6 de 45

7 MEDIDA EN LA ESCALA: 1. La escala está dividida en 360 de grado en grado. El nonius está dividido en 20 divisiones que equivalen a 19 divisiones en la escala. Con esta ayuda la precisión es de 0, Para ampliar la escala algunos polarímetros disponen de una pequeña lupa auxiliar. 3. Girar la posición del polarizador hasta que la visión sea nítida y bien definida apareciendo claramente las tres partes del campo visual. Girar el mando de regulación de la escala hasta obtener una iluminación baja y uniforme en todo el campo de visión. 4. Sin mover la escala de ajuste leer el ángulo en las dos posiciones y realizando la media de las dos medidas α = Las medidas han de reflejarse siempre a una temperatura y a una longitud de onda. LLENADO DEL TUBO: 1. Retirar la tapa del tubo. 2. Llenar el tubo con la muestra manteniendo el tubo perfectamente vertical. 3. Llenar hasta que se forme un menisco inverso en la parte superior del tubo. Colocar el tubo perfectamente horizontal y dejar deslizar rozando la parte superior poco a poco (con esta acción evitaremos la formación de burbujas). Cerrar la rosca. 4. Si aún así se nos forma alguna burbuja, vamos moviendo el tubo poco a poco, girándolo como se indica en la figura, hasta conseguir que las burbujas queden en el bulbo. Debemos mantener las burbujas en esta posición cuando introduzcamos el tubo en el polarímetro. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 7 de 45

8 MEDIDA DE LA MUESTRA: 1. Preparar muestras distintos azúcares a distintas concentraciones: glucosa, maltosa, fructosa 2. Abrir el compartimento. 3. Introducir el tubo con la muestra manteniendo las burbujas en el bulbo. 4. Cerrar el compartimento. 5. Observar a través del visor. Ajustar. 6. Girar la escala de control hasta obtener una iluminación baja y uniforme. 7. Leer en las dos escalas obteniendo el valor medio. 8. Establecer la dirección de rotación: dextrógiras, derecha (+) y levógiras, izquierda (-). CALCULOS: Se calculará la concentración de un sólido en disolución por aplicación de la fórmula: 100 α t α C = α T λ = 100 L ( α λ ) L C C = concentración de la sustancia ópticamente activa. L = longitud del tubo en dm. α = ángulo de rotación observado en el aparato. (α T λ) = poder rotatorio específico Indicar en las medidas la temperatura (20 C) y la longitud de onda (598,3 nm). En el caso de un líquido puro tendremos la fórmula con la densidad del líquido como sigue: T α λ = α L d Índice de rotación específica Temperatura del ensayo ºC Error de cero con tubo vacío Muestra Ángulo ensayo nº 1 Ángulo ensayo nº 3 Ángulo ensayo nº 2 Ángulo ensayo nº 4 Longitud del tubo en dm dm Valor medio del ángulo de rotación Corrección ángulo de rotación (α ± error de cero) Cálculo de la concentración C = 100 α T L ( α λ ) GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 8 de 45

9 Índice de rotación específica Temperatura del ensayo ºC Error de cero con tubo vacío Muestra Ángulo ensayo nº 1 Ángulo ensayo nº 3 Ángulo ensayo nº 2 Ángulo ensayo nº 4 Longitud del tubo en dm dm Valor medio del ángulo de rotación Corrección ángulo de rotación (α ± error de cero) Cálculo de la concentración C = 100 α T L ( α λ ) Índice de rotación específica Temperatura del ensayo ºC Error de cero con tubo vacío Muestra Ángulo ensayo nº 1 Ángulo ensayo nº 3 Ángulo ensayo nº 2 Ángulo ensayo nº 4 Longitud del tubo en dm dm Valor medio del ángulo de rotación Corrección ángulo de rotación (α ± error de cero) Cálculo de la concentración C = 100 α T L ( α λ ) OBSERVACIONES: GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 9 de 45

10 OBSERVACIONES: Rotación específica de algunos azúcares Azúcar D-Fructosa L-Sorbosa D-Ribosa D-Manosa D-Xilosa Glucosa (hidratada) Glucuosa (anhidro) Lactosa Sacarosa D-Galactosa L-Arabinosa Maltosa Almidón Rotación específica en agua a 20 C - 92,0-43,1-21,5 + 14,1 + 18,7 + 47,7 + 52,8 + 52,4 + 66,5 + 81, , , ,0 GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 10 de 45

11 Nº PRÁCTICA: FECHA:././. AJUSTE DEL POLARÍMETRO DIGITAL POLAX-L FUNDAMENTO: El polarímetro es un instrumento utilizado para medir el poder de rotación específica de algunas sustancias ópticamente activas, aportando importante información relacionada con el peso específico, la pureza, la concentración y el contenido de la sustancia a analizar. El polarímetro es un instrumento utilizado para determinar la actividad óptica de una sustancia mediante la medición del cambio rotacional que sufre el plano de vibración de un haz de luz polarizada cuando atraviesa dicha muestra. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 11 de 45

12 EQUIPO. PARTES PRINCIPALES Y FUNCIÓN: 1.- Ocular: visor para observar el campo iluminado-sombra. Si los semicírculos están desenfocados se puede girar el ocular para enfocar perfectamente. 2.- Pantalla digital de visualización: muestra el valor de medición: ángulo de rotación (DEG) o el valor en la escala internacional de azúcar ( Z). También indica la temperatura a la que se realiza la medición. 3.- Cubierta para tubo muestra. Evita el paso de luz. Deberá estar cerrada antes de comenzar la calibración o cualquier medida. 4.- Termosensor. Mide la temperatura que viene indicada en la pantalla digital. 5.- Soporte para el tubo con la muestra. Se coloca sobre este soporte el tubo con el líquido problema. 6.- Selector indicador de medida en grados (DEG) o en escala de azúcar ( Z). (5) la etapa de la muestra. La indicación en la pantalla se puede cambiar entre las dos escalas por medio de este interruptor. 7.- Interruptor general encendido. 8.- Conexión cable corriente alterna. 9.- Número de serie instrumento. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 12 de 45

13 PANEL DE OPERACIÓN ZERO SET. Interruptor de puesta a cero. Sólo se pulsa esta tecla para la puesta a cero INDICADOR DE PUESTA A CERO CORRECTA. Cuando la lámpara está encendida el polarímetro está preparado para la puesta a cero ROTATE R (rotación hacia la derecha). Mientras se presiona esta tecla, el semicírculo observado a través del ocular gira despacio en sentido contrario a las agujas del reloj y la pantalla digital comienza a indicar valores cada vez más altos ROTATE L: (rotación hacia la izquierda). Mientras se presiona esta tecla, el semicírculo observado a través del ocular gira despacio en el mismo sentido que las agujas del reloj y la pantalla digital comienza a indicar valores cada vez más bajos SHIFT/TEMP: cuando se mantiene pulsada esta tecla a la vez que las teclas ROTATE R o L la rotación de los semicírculos es más rápida hacia la derecha o hacia la izquierda y se observa el cambio en la pantalla digital. Si se mantiene pulsado durante dos segundos nos indica la temperatura de medida. Si se vuelve a pulsar nos indicará la medida en grados o en escala de azúcar. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 13 de 45

14 MATERIALES Y REACTIVOS. - Polarímetro. - Vasos de precipitados. - Agua destilada. - Sustancias ópticamente activas a distintas concentraciones: sacarosa, glucosa PROCEDIMIENTO. 1. Presionar hacia abajo el interruptor principal situado en la parte trasera. En la pantalla aparece la indicación 0,00 grados (0,0 si está en indicador de grados azúcar Z). 2. Debe efectuarse la medición con el tubo del polarímetro limpio y seco. Para la limpieza emplear disolventes apropiados o agua destilada, seguidos de acetona y aire limpio y seco. Periódicamente puede limpiarse con mezcla crómica para la eliminación de la materia orgánica. 3. Si hay posibilidad de que la muestra de calibración o de medida contenga polvo u otra materia sólida deberá filtrarse a través de placa porosa. 4. Llenar el tubo con la muestra a medir. Usar el tubo de 200 mm para muestras con alta transparencia y el tubo de 100 mm para muestras coloreadas o no transparentes. 5. Retirar la tapa del tubo. 6. Llenar el tubo con la muestra manteniendo el tubo perfectamente vertical. 7. Llenar hasta que se forme un menisco inverso en la parte superior del tubo. Colocar el tubo perfectamente horizontal y dejar deslizar rozando la parte superior poco a poco (con esta acción evitaremos la formación de burbujas). Cerrar la rosca. 8. Si aún así se nos forma alguna burbuja, vamos moviendo el tubo poco a poco, girándolo hasta conseguir que las burbujas queden en el bulbo. Debemos mantener las burbujas en esta posición cuando introduzcamos el tubo en el polarímetro. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 14 de 45

15 CALIBRACIÓN. 1. Si no se actúa sobre ninguna tecla durante 5 minutos el polarímetro apaga la lámpara y dejan de verse los semicírculos. Para volver a conectar la lámpara pulsar la tecla SHIFT/TEMP. 2. Llenar el tubo con agua destilada y colocar sobre el soporte. En ese momento comprobar que la luz de ZERO SET READY está encendida. Si no lo estuviera accionar las telas de ROTATE R y L a hasta que se encienda la luz de ZERO SET. 3. Cuando la luz de ZERO SET está encendida la línea de separación de los dos semicírculos debe de estar vertical en el campo de visión. Comprobarlo observando a través del ocular. En el caso de que la línea de separación esté vertical, pero no esté encendida la luz de ZERO SET, el campo de visión no estará bien colocado y tendremos que girarlo con las teclas de ROTATE R y L 180 (recordar que va más rápido si pulsamos a la vez la tecla SHIFT/TEMP). 4. Tras asegurarnos de que la luz de ZERO SET está encendida igualar el brillo de la parte izquierda y derecha de los dos semicírculos con las teclas ROTATE R y L mientras se observa el campo de visión a través del ocular. Cuando los dos semicírculos tengan el mismo brillo presionar la tecla ZERO SET. 5. Cuando los dos semicírculos tengan el mismo brillo presionar la tecla ZERO SET. 6. Comprobar que la indicación en la pantalla digital es 0,00 (0,0 para Z). GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 15 de 45

16 MEDICIÓN. 1. Llenar el tubo con las precauciones conocidas con la muestra problema y colocar sobre el soporte del polarímetro. 2. Observar a través del ocular. Los semicírculos podrían observarse con diferentes intensidades. 3. Si el semicírculo de la derecha es el más brillante (muestra dextrógira) se pulsará la tecla ROTATE R, los semicírculos irán cambiando como se observa en la figura. 4. En el momento en que el brillo de los dos semicírculos es igual, como podemos ver en la figura del centro, tomaremos la medida que refleja la pantalla digital. Este valor indica el ángulo de rotación (o los grados en la escala de azúcar). 5. Si el semicírculo de la izquierda es el más brillante (muestra levógira) se pulsará la tecla ROTATE L, los semicírculos irán cambiando como se observa en la figura. 6. En el momento en que el brillo de los dos semicírculos es igual, como podemos ver en la figura del centro, tomaremos la medida que refleja la pantalla digital. Este valor indica el ángulo de rotación (o los grados en la escala de azúcar). 7. Para realizar una medida podemos actuar alternativamente sobre la tecla ROTATE R y L despacio hasta conseguir el mismo brillo. 8. Repetir la medición 3 ó 4 veces más y calcular la media. 9. Al terminar la medición tener la precaución de volver a dejar en la posición de ZERO SET y con la pantalla indicando 0, Para ver la temperatura del ensayo mantener pulsada la tecla SHIFT/TEMP durante 2 segundos y se observará la medida en la pantalla digital. Al volver a pulsar la tecla SHIFT/TEMP de nuevo se visualizará el ángulo o el Z en la pantalla. NOTA 1: Si la concentración de la muestra es demasiado alta se recomienda dejar la muestra en reposo varios minutos antes de realizar la medida. NOTA 2: Filtrar si la solución está turbia. NOTA 3: Pueden existir sustancias como la D-glucosa que puede tener mutarrotación lo que puede dar medidas del ángulo de rotación erróneas. En estos casos habrá de pasar un tiempo entre la preparación de la disolución y su medida con el polarímetro. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 16 de 45

17 CALCULOS: Se calculará la concentración de un sólido en disolución por aplicación de la fórmula: C 100 α t α = α λ = L ( α) L C 100 C = concentración de la sustancia ópticamente activa. L = longitud del tubo en dm. α = ángulo de rotación observado en el aparato. (α T λ) = poder rotatorio específico Indicar en las medidas la temperatura (20 C) y la longitud de onda (598,3 nm). En el caso de un líquido puro tendremos la fórmula con la densidad del líquido como sigue: T α λ = α L d Índice de rotación específica Temperatura del ensayo ºC Muestra Ángulo ensayo nº 1 Ángulo ensayo nº 3 Ángulo ensayo nº 2 Ángulo ensayo nº 4 Longitud del tubo en dm dm Valor medio del ángulo de rotación Cálculo de la concentración C = 100 α T L ( α λ ) Índice de rotación específica Temperatura del ensayo ºC Muestra Ángulo ensayo nº 1 Ángulo ensayo nº 3 Ángulo ensayo nº 2 Ángulo ensayo nº 4 Longitud del tubo en dm dm Valor medio del ángulo de rotación Cálculo de la concentración C = 100 α T L ( α λ ) GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 17 de 45

18 Índice de rotación específica. Grados azúcar Z Muestra azúcar Temperatura del ensayo ºC Muestra Z ensayo 1 Z Z ensayo 3 Z Z ensayo 2 Z Z ensayo 4 Z Valor medio grados de azúcar ºZ Z Índice de rotación específica. Grados azúcar Z Muestra azúcar Temperatura del ensayo ºC Muestra Z ensayo 1 Z Z ensayo 3 Z Z ensayo 2 Z Z ensayo 4 Z Valor medio grados de azúcar ºZ Z OBSERVACIONES: GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 18 de 45

19 Nº PRÁCTICA: GRÁFICA DE CONCENTRACIÓN DE SOLUCIONES DE SACAROSA EN FUNCIÓN DEL ÁNGULO DE ROTACIÓN FECHA:././. FUNDAMENTO: Esta práctica consiste en demostrar gráficamente la proporcionalidad entre el ángulo de rotación girado y la concentración de la sustancia. La curva obtenida a partir de soluciones de sacarosa de concentración conocida midiendo su ángulo de rotación con el polarímetro. La curva construida ángulo girado-concentración nos va a servir como curva de calibrado para obtener concentraciones de soluciones problemas sin más que determinar su ángulo de rotación obtenido con el polarímetro y llevarlo a la gráfica, hallando así su concentración. MATERIAL Y REACTIVOS: - Polarímetro y accesorios. - Pipetas. - Vasos de precipitados. - Agua destilada. - Matraces aforados: uno de 1000 cm 3 y 10 de 100 cm 3. - Balanza de precisión. - Programa excel para la determinación de la curva de calibrado. - Sacarosa u otras sustancias ópticamente activas. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 19 de 45

20 PROCEDIMIENTO: 1. Lavar todo el material de vidrio perfectamente e incluso con mezcla crómica. Si no es posible por cuestiones de seguridad el uso de la mezcla crómica se puede lavar con detergente como habitualmente al que se le ha añadido un poco de ácido nítrico. 2. Enjuagar bien e material con agua destilada y secarlo en estufa o bien enjuagando con acetona y dejando secar al aire. 3. Pesar en balanza 300 gramos de sacarosa. 4. Diluir en agua y enrasar en matraz aforado a 1 litro. Tendremos así preparada una disolución al 30 %. 5. De la disolución madre o patrón y mediante pipeta trasvasamos a matraces aforados de 100 cm 3 los siguientes volúmenes: 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 y Enrasamos los matraces para tener soluciones de las concentraciones siguientes: 1,5; 3; 4,5; 6; 7,5; 9; 10,5; 12; 13,5 y 15. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 20 de 45

21 7. Conectar el polarímetro a la red, es conveniente que todos los aparatos electrónicos se conecten un tiempo antes de iniciar el análisis a fin de que la señal se estabilice y minimizar los posibles errores. 8. Se halla el error de cero según el procedimiento conocido de determinaciones anteriores. El error de cero es el ángulo medido en el equipo de agua destilada sin ningún soluto. Este valor o error de cero ha de tenerse en cuenta en las posteriores determinaciones sumándolo o restándolo según sea procedente (si el error es positivo y la sustancia medida es dextrógira, el valor final se disminuye y viceversa). 9. A continuación medir el ángulo de desviación de giro de cada una de las 10 disoluciones de glucosa preparadas anteriormente procediendo al llenado del tubo según las precauciones expuestas en prácticas anteriores. El enjuague del tubo cada vez que se cambie de solución puede hacerse con la misma solución, no siendo necesario un lavado y secado posterior. 10. Realizar tres mediciones para cada concentración y obtener la media. 11. Se elabora una tabla concentración: ángulo de giro con las mediciones de cada una de las disoluciones teniendo en cuenta el error de cero en cada una de ellas. 12. Construir la gráfica representando en ordenadas ángulos de giro y en abcisas la concentración en % en peso volumen. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 21 de 45

22 CÁLCULOS Y RESULTADOS: Los resultados de las mediciones polarimétricas se reducen a un juego de condiciones estándar. La longitud de onda estándar es la línea amarilla del Na (589,0 589,6 nm) y la temperatura de 20 C. Todas estas magnitudes se relacionan mediante la fórmula siguiente: Siendo: α [ α ] T = λ L C L = longitud del tubo (espesor de la capa) en decímetros, dm. - C = concentración de soluto en 100 cm 3 de disolución. - α = rotación observada en grados. - [ α ] T λ = constante de proporcionalidad a la que llamaremos rotación específica y que para una temperatura dada y una longitud de onda determinada es un parámetro para cada sustancia. Los cambios de temperatura tienen varios efectos sobre la rotación de una solución o líquido. Así un incremento de la misma aumenta la longitud del tubo disminuyendo la densidad. Este efecto se puede expresar con la ecuación: T 20 [ α ] = [ α ] + k ( T 20) Donde: k = coeficiente de la temperatura de rotación. T = temperatura en grados centígrados. Si representáramos rotaciones específicas obtenidas frente a concentraciones de las disoluciones medidas en un sistema de coordenadas obtendremos un gráfico lineal: [ α ] Τ λ Concentración GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 22 de 45

23 RECTA DE CALIBRADO TEÓRICA. Se elaborará la recta teórica de calibrado conociendo el índice de rotación específica de la sacarosa y las concentraciones. Utilizamos la fórmula anterior: Donde: α = ángulo de rotación α T λ = 66,4 α [ α ] T = λ L C 100 L = longitud del tubo en decímetros = 2 dm o 1 dm (según el tubo utilizado). C = concentración en gramos de sacarosa por 100 cm 3 disolución. Disolución número % Sacarosa g/100 cm 3 1 1,5 % 2 3 % 3 4,5 % 4 6 % 5 7,5 % 6 9 % 7 10,5 % 8 12 % 9 13,5 % % Ángulo de rotación teórico (α) α [ α ] T = λ L C 100 GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 23 de 45

24 GRÁFICO DE RESULTADOS. Se representan gráficamente los resultados teóricos obtenidos del ángulo de rotación de la sacarosa en función de la concentración: en abscisas % sacarosa y en ordenadas el ángulo de rotación. RECTA EN EXCEL: GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 24 de 45

25 RECTA DE CALIBRADO EXPERIMENTAL. 1. Se elaborará la curva experimental de calibrado realizando la determinación del ángulo de rotación de cada una de las disoluciones de sacarosa preparadas. 2. Calibrar el polarímetro seleccionado (analógico o digital). Determinar el error de cero según el procedimiento conocido. 3. Realizar la determinación del ángulo de rotación de cada una de las disoluciones y anotar en la tabla de resultados. 4. Representar en la misma gráfica los resultados experimentales. Determinación ángulo rotación específico de disoluciones de sacarosa Rotación específica sacarosa [ α ] Τ 66,4 λ Temperatura de ensayo Error de cero. Media de tres determinaciones Concentración % α 1 α 2 α 3 sacarosa g/100 ml 1,5 % 3 % 4,5 % 6 % 7,5 % 9 % 10,5 % 12 % 13,5 % 15 % α m ± Error de α λ cero [ ] Τ α 100 = L C C El error de cero se sumará o restará según proceda a las determinaciones obtenidas con el polarímetro. Elaboramos con estos datos la tabla correspondiente. Obtendremos unos datos experimentales que nos darán unos datos de rotación específica cercanos al valor de 66,4 º que es el valor de la rotación específica de la sacarosa. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 25 de 45

26 GRÁFICO DE RESULTADOS DE ÁNGULO DE ROTACIÓN SEGÚN LA CONCENTRACIÓN. Se representan gráficamente los resultados prácticos obtenidos del ángulo de rotación de la sacarosa en función de la concentración: en abscisas % sacarosa y en ordenadas el ángulo de rotación. RECTA EN EXCEL CON LA ECUACIÓN DE LA RECTA DE AJUSTE: RECTA DE AJUSTE ECUACIÓN: GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 26 de 45

27 GRÁFICO DE RESULTADOS DE ÁNGULO DE ROTACIÓN ESPECÍFICO DE LA SACAROSA. Se representan gráficamente los resultados prácticos obtenidos del ángulo de rotación de la sacarosa en función de la concentración: en abscisas % sacarosa y en ordenadas el ángulo de rotación. Deberíamos obtener una recta paralela al eje de abscisas en el valor 66,4. RECTA EN EXCEL: GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 27 de 45

28 Medir el ángulo de rotación de una muestra de sacarosa de concentración desconocida. 1. Siguiendo las instrucciones de manejo del equipo se determinará el ángulo de rotación de una muestra problema y se interpolará este dato en la recta de calibrado experimental para obtener la concentración de la mezcla. 2. Antes de la determinación se calibrará el polarímetro con el procedimiento conocido. Se tomará como error de cero cualquier desviación y se corregirán las distintas medidas. NOTA 1: Se preparará en un matraz aforado de 100 cm 3 una muestra de sacarosa en agua. Podemos conocer de antemano el valor de la concentración para conocer la eficacia del procedimiento. NOTA 2: Efectuar una limpieza eficaz tras cada determinación. RESULTADOS: Determinación del ángulo de rotación de una muestra de sacarosa Muestra nº 1 Temperatura del ensayo ºC α ensayo nº 1 α ensayo nº 3 α ensayo nº 2 α ensayo nº 4 Valor medio del ángulo de polarización α = Ecuación de ajuste Concentración de la mezcla % sacarosa Determinación del ángulo de rotación de una muestra de sacarosa Muestra nº 2 Temperatura del ensayo ºC α ensayo nº 1 α ensayo nº 3 α ensayo nº 2 α ensayo nº 4 Valor medio del ángulo de polarización α = Ecuación de ajuste Concentración de la mezcla % sacarosa GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 28 de 45

29 OBSERVACIONES: GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 29 de 45

30 Nº PRÁCTICA: DETERMINACIÓN DE LA ROTACIÓN ESPECÍFICA FECHA:././. ÁCIDO TARTÁRICO OBJETIVO: A partir de distintas soluciones acuosas de ácido tartárico vamos a determinar la rotación específica de este compuesto. FUNDAMENTO: La rotación específica de una sustancia ópticamente activa depende del espesor de la capa atravesada por la luz, de la longitud de onda, de la luz empleada para la medida y de la temperatura. Si la sustancia a analizar es una disolución, entonces también depende de la concentración del producto ópticamente activo y de la naturaleza del disolvente. 20 ºC. Donde: La longitud de onda estándar es la línea amarilla del Na (589,0 589,6 nm) y la temperatura de Todas estas magnitudes se relacionan mediante la fórmula siguiente: α = [ α ] Τ λ L C 100 L = longitud del tubo (espesor de la capa) en decímetros, dm. C = concentración de soluto en 100 c.c. de solución. α = rotación observada en grados. [ α ] Τ λ = constante de proporcionalidad a la que llamaremos rotación específica y que para una temperatura dada y una longitud de onda determinada es un parámetro para cada sustancia. Si representáramos rotaciones específicas obtenidas frente a concentraciones de las disoluciones medidas en un sistema de coordenadas obtendremos un gráfico lineal: [ α ] Τ λ concentración GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 30 de 45

31 Los cambios de temperatura tienen varios efectos sobre la rotación de una solución o líquido. Así un incremento de la misma aumenta la longitud del tubo disminuyendo la densidad. Este efecto se puede expresar con la ecuación: Donde: T 20 [ α ] = [ α ] + k ( T 20) k = coeficiente de la temperatura de rotación. T = temperatura en grados centígrados. MATERIAL Y REACTIVOS: - Polarímetro. - Tubos polarímetro. - Pipetas. - Vasos de precipitados. - Agua destilada. - Matraces aforados de 100 cm 3. - Balanza de precisión - Programa excel para la determinación de la curva de calibrado. - Ácido tartárico. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 31 de 45

32 PROCEDIMIENTO. 1. Lavar todo el material de vidrio perfectamente e incluso con mezcla crómica. Si no es posible por cuestiones de seguridad el uso de la mezcla crómica se puede lavar con detergente como habitualmente al que se le ha añadido un poco de ácido nítrico. 2. Enjuagar bien el material con agua destilada y secarlo en estufa o bien enjuagando con acetona y dejando secar al aire. 3. Pesar en balanza por separado: 5, 10, 15 y 20 gramos de ácido tartárico. 4. Diluir en agua y enrasar en matraces aforados a 100 cm 3. Tendremos así preparadas disoluciones al 5%, 10%, 15% y 20%. 5. Conectar el polarímetro a la red, es conveniente que todos los aparatos electrónicos se conecten un tiempo antes de iniciar el análisis a fin de que la señal se estabilice y minimizar los posibles errores. 6. Se halla el error de cero según el procedimiento conocido de determinaciones anteriores. El error de cero es el ángulo medido en el equipo de agua destilada sin ningún soluto. Este valor o error de cero ha de tenerse en cuenta en las posteriores determinaciones sumándolo o restándolo según sea procedente (si el error es positivo y la sustancia medida es dextrógira, el valor final se disminuye y viceversa). 7. A continuación medir el ángulo de desviación de giro de cada una de las 4 disoluciones de ácido tartárico preparadas anteriormente procediendo al llenado del tubo según las precauciones expuestas en prácticas anteriores. El enjuague del tubo cada vez que se cambie de solución puede hacerse con la misma solución, no siendo necesario un lavado y secado posterior. 8. Realizar tres mediciones para cada concentración y obtener la media. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 32 de 45

33 RESULTADOS: CALIBRACIÓN POLARÍMETRO: Determinación ángulo rotación específico del ácido tartárico Temperatura de ensayo C Error de cero. Media de tres determinaciones El error de cero se sumará o restará según proceda a las determinaciones obtenidas con el polarímetro. Elaboramos con estos datos la tabla correspondiente. Concentración % ác. tartárico g/100 ml α 1 α 2 α 3 α m ± Error de α λ cero [ ] Τ α 100 = L C 5 % 10 % 15 % 20 % El valor de la rotación específica del ácido tartárico se obtiene como media de las rotaciones específicas obtenidas experimentalmente. Concentración % 5 % 10 % 15 % 20 % Rotación específica Valor medio [ α ] Τ λ GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 33 de 45

34 GRÁFICO DE RESULTADOS DE ÁNGULO DE ROTACIÓN ESPECÍFICO DEL ÁCIDO TARTÁRICO. Se representan gráficamente los resultados prácticos obtenidos del ángulo de rotación de las distintas disoluciones de ácido tartárico: en abscisas % sacarosa y en ordenadas el ángulo de rotación. Deberíamos obtener una recta paralela al eje de abscisas. RECTA EN EXCEL: GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 34 de 45

35 OBSERVACIONES: GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 35 de 45

36 Nº PRÁCTICA: DETERMINACIÓN DE LA ROTACIÓN ESPECÍFICA DEL FECHA:././. ÁCIDO TARTÁRICO EN DISTINTOS DISOLVENTES OBJETIVO: Comparar entre sí las distintas rotaciones específicas del mismo compuesto en diferentes disolventes. FUNDAMENTO: La rotación específica de una sustancia ópticamente activa depende del espesor de la capa atravesada por la luz, de la longitud de onda, de la luz empleada para la medida y de la temperatura. Si la sustancia a analizar es una disolución, entonces también depende de la concentración del producto ópticamente activo y de la naturaleza del disolvente. En este caso vamos a comprobar como con el mismo producto y a la misma concentración en diferentes disolventes obtendremos ángulos de giro distintos. MATERIAL Y REACTIVOS: - Polarímetro. - Tubos polarímetro. - Pipetas. - Vasos de precipitados. - Agua destilada. - Matraces aforados de 100 cm 3. - Balanza de precisión. - Ácido tartárico. - Agua destilada. - Metanol. - Etanol. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 36 de 45

37 PROCEDIMIENTO: 1. Lavar todo el material de vidrio perfectamente e incluso con mezcla crómica. Si no es posible por cuestiones de seguridad el uso de la mezcla crómica se puede lavar con detergente como habitualmente al que se le ha añadido un poco de ácido nítrico. 2. Enjuagar bien el material con agua destilada y secarlo en estufa o bien enjuagando con acetona y dejando secar al aire. 3. Pesar en balanza por separado y en 3 recipientes 10 gramos de ácido tartárico. 4. Diluir en agua y enrasar en matraces aforados a 100 cm 3 utilizando los tres disolventes: agua, metanol y etanol. Tendremos 3 disoluciones a la misma concentración de ácido tartárico en distintos disolventes. 5. Conectar el polarímetro a la red, es conveniente que todos los aparatos electrónicos se conecten un tiempo antes de iniciar el análisis a fin de que la señal se estabilice y minimizar los posibles errores. 6. Se halla el error de cero según el procedimiento conocido de determinaciones anteriores. El error de cero es el ángulo medido en el equipo de agua destilada sin ningún soluto. Este valor o error de cero ha de tenerse en cuenta en las posteriores determinaciones sumándolo o restándolo según sea procedente (si el error es positivo y la sustancia medida es dextrógira, el valor final se disminuye y viceversa). 7. A continuación medir el ángulo de desviación de giro de cada una de las 3 disoluciones de ácido tartárico preparadas anteriormente procediendo al llenado del tubo según las precauciones expuestas en prácticas anteriores. El enjuague del tubo cada vez que se cambie de solución puede hacerse con la misma solución, no siendo necesario un lavado y secado posterior. 8. Realizar tres mediciones para cada concentración y obtener la media. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 37 de 45

38 RESULTADOS: CALIBRACIÓN POLARÍMETRO: Calibración del polarímetro Temperatura de ensayo C Error de cero. Media de tres determinaciones El error de cero se sumará o restará según proceda a las determinaciones obtenidas con el polarímetro. Elaboramos con estos datos la tabla correspondiente. Elaboramos con estos datos la tabla correspondiente. Concentración 10 % ácido tartárico α 1 α 2 α 3 α m ± Error de cero α medida Agua Metanol Etanol La rotación específica del ácido tartárico (20%) en agua tiene un valor de 13,81º aproximadamente Se observará que se obtiene valores bastante distintos para el ácido disuelto en metanol y en etanol. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 38 de 45

39 OBSERVACIONES: GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 39 de 45

40 Nº PRÁCTICA: CÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓN DE MEZCLAS FECHA:././. MUTARROTACIÓN OBJETIVO: Representar la variación del ángulo de rotación de una disolución de glucosa a la que se añade una solución amoniacal en función del tiempo. FUNDAMENTO: La rotación específica de una sustancia ópticamente activa depende del espesor de la capa atravesada por la luz, de la longitud de onda, de la luz empleada para la medida y de la temperatura. Si la sustancia a analizar es una disolución, entonces también depende de la concentración del producto ópticamente activo y de la naturaleza del disolvente. Algunas sustancias pasan de una estructura a otra con poder rotatorio diferente. A este fenómeno se le llama MUTARROTACIÓN. Esta es una propiedad de algunos azúcares y están influidos fundamentalmente por el ph, temperatura y tiempo. La glucosa recientemente disuelta presenta un poder rotatorio específico de 109,1º que decrece lentamente a 52,5º más rápidamente en caliente e instantáneamente mediante álcalis. Este fenómeno que se conoce como mutarrotación puede explicarse únicamente por la existencia de dos modificaciones de la molécula de D(+) glucosa y que se denominan respectivamente: α-dglucosa y β-dglucosa. [ α ] = +109,1º [ β ] = +19,8º Mezclas de α y β dan un ángulo de 52,5º GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 40 de 45

41 MATERIAL Y REACTIVOS: - Polarímetro y accesorios. - Vasos de precipitados. - Agua destilada. - Balanza. - Cronómetro. - Glucosa en polvo y disolución de glucosa en agua al 5%. - Disoluciones amoniaco: 0,004 N y al 10%. PROCESO A) Solución de glucosa al 5% en agua añadiendo 2 gotas de amoniaco al 10%. 1. Lavar todo el material de vidrio perfectamente. 2. Enjuagar con agua o acetona y secar. 3. Conectar unos minutos antes el polarímetro a la red antes de iniciar el análisis. 4. Se halla el error de cero según el procedimiento conocido de determinaciones anteriores. 5. Preparar una disolución de glucosa al 5%. 6. Medir su ángulo de rotación específica. 7. Añadir 2 gotas de solución amonical al 10 % y agitar. 8. Medir el ángulo de rotación de esta mezcla. PROCESO B) 10 gramos glucosa con 90 cm 3 solución de amoniaco 0,004 N 9. Conectar el polarímetro a la red antes de iniciar el análisis a fin de que la señal se estabilice y minimizar los posibles errores. 10. Pesar en balanza 10 gramos de glucosa. 11. Diluir estos 10 gramos en 90 ml. de solución de amoniaco 0,004N. 12. Poner en marcha el cronómetro. 13. Iniciar la medida con el polarímetro lo antes posible para evitar el avance de la mutarrotación. 14. A continuación medir el ángulo de desviación de giro cada minuto en los primeros 10 minutos 15. Realizar lecturas ahora cada 10 minutos hasta completar un tiempo total de 2 horas. 16. Realizar tres mediciones para cada concentración y obtener la media. GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 41 de 45

42 RESULTADOS: A) Glucosa al 5% en agua añadiendo 2 gotas de amoniaco al 10%. TABLA DE RESULTADOS: Ángulo de rotación medido α 1 α 2 α 3 5 % glucosa agua 5% glucosa + 2 gotas NH 4 OH α m Primero se calcula el ángulo de desviación específica para la concentración de glucosa al 5 % según la fórmula: Siendo: [ ] α λ Τ α 100 = L C L = longitud del tubo (espesor de la capa) en decímetros, dm. C = concentración de soluto en 100 c.c. de solución. α = rotación observada en grados. [ α ] Τ λ = constante de proporcionalidad a la que llamaremos rotación específica y que para una temperatura dada y una longitud de onda determinada es un parámetro para cada sustancia. Una vez obtenido el ángulo de rotación se hallan a partir de ellas del % de glucosa α y β en cada solución según la siguiente fórmula: X = 100 [ α ] [ α ] β [ α ] α [ α ] β Siendo: X = % de α-dglucosa Y = % de la β-dglucosa X + Y = 100 [ α ] = rotación específica calculada [ α ] α = rotación específica de la α-dglucosa = + 109,1º [ α ] β = rotación específica de la β-dglucosa = + 19,8º Ángulo de rotación específico % α-dglucosa % β-dglucosa 5% glucosa + 2 gotas NH 3 % % GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 42 de 45

43 B) 10 gramos glucosa con 90 ml. solución de amoniaco 0,004 N TABLA DE RESULTADOS: Disolución Glucosa + NH 4 OH 0,004N Tiempo (min) Ángulo ( ) GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 43 de 45

44 CONFECCIÓN DE LA CURVA. MUTARROTACIÓN GLUCOSA: RECTA EN EXCEL: GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 44 de 45

45 OBSERVACIONES: GS ENSAYOS FÍSICO-QUÍMICOS pág. 45 de 45