ÍNDICE DE REFRACCIÓN Y PODER ROTATORIO ESPECÍFICO

Operaciones usuales en el laboratorio de Química

Imagen extraída de http://ipa.cfe.edu.uy/

Determinación experimental de propiedades físicas principales. Índice de Refracción y Poder Rotatorio Específico

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Hecho por Isabel PereyraTaller de Diseño de Actividades Experimentales. Prof. Andrea Ortega Instituto de Profesores Artigas Especialidad Química , Grupo: 3° A Montevideo, Uruguay 2021 isabelpereyra74@gmail.com

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Índice

Tema 1: Índice de refracción

Refracción

Objetivos

Propiedades de la Materia

Tema 2 Poder Rotatorio Específico

Determinación experimentalRefractometría

Ley de Snell

Calculo del I. R.Ley de Snell

Poder Rotatorio Específico

Actividad Óptica

Introduccion-Isómeros

Estereoquímica y Quiralidad

Bibliografía

Quiz

Polarimetría

Objetivo

Establecer las principales propiedades físicas de la materia, centrando en el presente recurso el estudio y la determinación experimental del Índice de Refracción y del Poder rotatorio específico.

Propiedades físicas de la materia.

La Química es la ciencia que se encarga del estudio de la materia y sus propiedades. Estas propiedades poseen diferencias sustantivas. Centrándonos en las propiedades físicas, hemos definido las mismas, y realizado el estudio particular de ellas en los siguientes links:

Solubilidad, Viscosidad, Coeficiente de Reparto

Definición de propiedades físicas. Densidad, Punto de Fusión, punto de ebullición.

La luz es radiación electromagnética comprendida en un rango en el cual nuestros ojos son capaces de percibirla(espectro visible). Es capaz de transportar energía, por lo que también tiene un papel fundamental en todos aquellos procesos en los que interactúa(por ejemplo en fotosintesis, sintesis de vitaminas etc.). También podemos observar cómo la materia, en general, puede absorber, transmitir, reflejar, o incluso, “transformar” la luz. Estos hechos suceden bajo determinadas condiciones; para ello, la energía de la radiación electromagnética debe “coincidir” con la energía que hay en los enlaces (uniones o conexiones) de las moléculas. De otra forma, podría no haber efecto alguno, o este podrá ser ineficiente. Esto permite identificar sustancias por la interaccion que tiene con la luz.

Video extraido de Youtube- KhanAcademyEspañol

La Luz y su interaccion con la materia

La luz y sus propiedades. Refracción

El modelo basado en rayos permite estudiar los aspectos más importantes dela luz: la reflexión y la refracción. Cuando un haz luminoso incide en un interfaz lisa que separa dos materiales (aire-vidrio o agua-vidrio) la onda es reflejada parcialmente y también refractada parcialmente al segundo material. La refracción de un haz luminoso es la “flexión” que experimenta cuando cambia el medio de propagación. Cuando pasa de un medio de propagación rápido (como el aire) a otro más lento (ej. agua) el rayo de luz se “dobla” con dirección a la normal (perpendicular) que se establece en el punto de contacto entre ambos medios.

Imagen extraída SearsZemansky Fisica Universitaria con fÍsica Moderna Pag. 1124

Tema 1

Índice de Refracción

De Josell7 - Trabajo propio, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9652448

Índice de Refracción

El índice de refracción (IR) de un material óptico que se define con la letra n, es muy importante en la óptica geométrica. Esta relacionado con la estructura física del medio en cuestión. Por lo tanto el IR puede utilizarse para identificar sustancias incognitas. El IR resulta ser la razón entre la velocidad de la luz en el vacío c y la velocidad de la luz en un material determinado: n = c/v La luz siempre viaja con más lentitud en un material cualquiera que en el vacío, para el vacío n= 1 por lo tanto en cualquier otro material n >1.

INFO

imagened extraídas de http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/geoopt/refr.html

Cálculo del Índice de Refracción

Video extraído de Youtube. Fiasmat.

Simulador

Simulador extraído de https://phet.colorado.edu/es/simulation/bending-light#for-teachers-header

Ley de Refracción o Ley de Snell

Se han establecido leyes que rigen estos fenómenos. La ley de Snell relaciona los índices de refracción (n) de los dos medios, con las direcciones de propagación en términos de los ángulos con la normal. Se determina así: n1 x Sen ᶿ1 = n2 x Senᶿ2 siendo n1 y n2 los índices de refraccion de cada material, con sus correspondientes angulos ᶿ

Foto extraída de http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/hframe.html

Refractometría

Se denomina refractometría al método óptico de determinar la velocidad de propagación de la luz en un medio, utilizando el índice de refracción. Se han desarrollado instrumentos que utilizan este principio, conocidos como refractómetros. Los aparatos más importantes se basan en dos principios: refractómetros de ángulo límite o crítico (ángulo de refracción de un medio cuando el ángulo de la radiación incidente es de 90º) y los refractómetros de inmersión. También tenemos refractómetros de mano y los refractómetros para sólidos.

Video extraido Youtube Stuciencia

Determinación Experimental Ejemplos

Video extraído de Youtube- Laboratorio de Análisis Instumental

Video extraído de Youtube -Coordinación Química Organica UPRB

Tema 2

Poder rotatorio específico

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Introduccion

Existen en la naturaleza compuestos que tienen la misma composición, pero sus átomos están distribuidos espacialmente de distinta manera, a los cuales se les llama Isómeros. Aunque los isómeros se componen del mismo conjunto de átomos, por lo regular difieren en una o más propiedades físicas o químicas como color, solubilidad o velocidad de reacción con algún reactivo. Examinaremos dos clases principales de isómeros: los isómeros estructurales que difieren en sus secuencias de enlace, o sea que sus átomos están conectados de manera distinta; y los estereoisómeros los cuales tienen la misma secuencia de enlace, pero difieren en la orientación de sus átomos en el espacio. Las diferencias relacionadas con la orientación espacial podría parecer intrascendente, pero a menudo los estereoisómeros presentan propiedades físicas, químicas y biológicas notablemente distintas.

imagen extraida de Wikipedia(https://es.wikipedia.org/wiki/Isomer%C3%ADa)

Estereoquímica Clasificación de Isómeros

Video extraído de Youtube - Breaking Vlad

Quiralidad

Video extraído de Youtube - Breaking Vlad

Para poder diferenciar algunos tipos de isómeros se utiliza el concepto de Quiralidad. Esta es una propiedad de asimetría. Un objeto quiral tiene una imagen especular diferente al objeto original, es decir que no pueden superponerse.

Quiralidad

Imagen extraída de: ttps://es.wikipedia.org/wiki/Quiralidad#/media/Archivo:Chirality_with_hands.svg

Imagen extraída de "Quimica: la ciencia central", Brown,2003.

Actividad Óptica

Cualquier objeto que sea quiral debe tener por lo menos un Enantiómero. Los enantiómeros son isomeros opticos. Casi todas las propiedades físicas y químicas de los isómeros ópticos son idénticas, difieren sólo si se encuentran en un ambiente quiral, es decir, uno en el que existe un sentido de lo izquierdo y lo derecho y se distinguen habitualmente unos de otros por su interacción con la luz polarizada en un plano(para ello se aplican filtros polarizantes que ocasionan que la luz que se emite en toda direcciones, sea emitida en un solo plano). Cuando la luz polarizada pasa a través de una disolución que contiene un compuesto quiral, dicho compuesto ocasiona que el plano de vibración gire. Este giro se conoce como actividad óptica, y se dice que las sustancias que giran el plano de la luz polarizada son ópticamente activas.Antes de que se conociera la relación entre quiralidad y la actividad óptica, a los enantiómeros se les llamaba isómeros ópticos, ya que parecían idénticos, con la excepción de su actividad óptica opuesta. Los compuestos que giran hacia la derecha (en el sentido de las manecillas del reloj) el plano de la luz polarizada se conocen como dextrógiros. Los compuestos que giran hacia la izquierda se conocen como levógiros.

Imágen extraída de Lifeder; https://www.lifeder.com/polarizacion-de-la-luz/

INFO

VIdeo extraído de Youtube-EdSci Education & Science

Poder Rotatorio Específico

La capacidad de hacer girar el plano de polarización, es una propiedad intrínseca de una molécula ópticamente activa se conocr como Poder Rotatorio Específico. Existen leyes que describen la interacción entre la luz linealmente polarizada y las sustancias ópticamente activas. Jean Baptiste Biot (físico, astrónomo y matemático francés) fue uno de los primeros en concluir que la actividad óptica era reflejo de una propiedad molecular, de forma tal que el grado de rotación del plano de polarización de la luz , era proporcional a la longitud de su recorrido en interacción con la sustancia y, en el caso de las soluciones, a la concentración del soluto ópticamente activo. Con estos enunciados, Biot estableció en 1870 una serie de leyes que llevan su nombre (leyes de Biot)

Animación de un campo electromagnético propagándose a lo largo del eje x. Fuente: Wikimedia Commons. And1mu [CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)].

Imagen Extraída de https://www.lifeder.com/polarimetria/

INFO

donde :[α]λT es la rotación específicaT es la temperatura λ es la longitud de onda de la luz α es el ángulo de rotación. l es la longitud del tubo del polarímetro c es la concentración de la disolución.

La rotación especifica(Poder rotatorio especifico) viene determinada por la estructura molecular y la concentración de moléculas quirales. Un compuesto es considerado ópticamente activo si la luz linealmente polarizada sufre una rotación cuando pasa a través de una muestra de dicho compuesto. Cada sustancia ópticamente activa tiene su propia rotación específica. La es una técnica consistente en medir la rotación específica producida sobre un haz de luz polarizada al pasar por una sustancia ópticamente activa. Para ello se utilizan instrumentos conocidos como polarímetros..

Polarimetría

Utilización de un polarímetro

Video extraído de Youtube-Universidad la Gran Colombia - Facultad de Ingenierpia

Armado de un polarímetro

VIdeo extrapido de https://uruguayeduca.anep.edu.uy/recursos-educativos/2228

Quiz

Autoevaluación

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Pregunta 1/5

El Índice de Refracción(n) resulta ser la razón entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y la velocidad de la luz en un material determinado(v). La luz viaja con más lentitud en un material cualquiera que en el vacío, para el vacío n= 1 Para otro material:

n= 1

n <1

n >1

Pregunta 2 /5

La ley de Snell relaciona los índices de refracción (n) de los dos medios con:

las direcciones de propagación en términos de los ángulos con la normal del rayo incidente y el rayo refractado.

la direccion del rayo incidente y del rayo reflejado

la direccion del rayo reflejado y la del rayo refractado

Pregunta 3/5

Los estereoisómeros presentan propiedades físicas, químicas y biológicas notablemente distintas y :

difieren en la orientación de sus átomos en el espacio

difieren en su secuencia de enlace

difieren en su composición química

Pregunta 4/5

Un objeto quiral tiene una imagen especular diferente al objeto original y:

están superpuestas

puede superponerse.

no pueden superponerse.

Pregunta 5/5

El poder rotatorio específico es una propiedad intrínseca de una molécula ópticamente activa y establece:

la capacidad de no girar el plano de luz polarizada

la capacidad de absorber la luz polarizada

la capacidad de hacer girar el plano de luz polarizada

¡Incorrecto!

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¡Felicitaciones!

Muy buen trabajo

Resultados

2/5

0/5

1/5

2 correctas

1 correcta

0 correctas

4/5

5/5

3/5

5 correctas

4 correctas

3 correctas

Bibliografía

*Bibliografía:

*Webgrafía

• http://depa.fquim.unam.mx/jesusht/refraccion

• Fanny Zapata. (9 de diciembre de 2020). Método científico: los 6 pasos y sus características. Lifeder. Recuperado de https://www.lifeder.com/pasos
• http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/hframe.html
• https://www.liceoagb.es/quimiorg/actopt.html
• https://www.revista.unam.mx/2020v21n5/la_interaccion_de_la_luz_con_moleculas/

-metodo-cientifico/.

• https://uruguayeduca.anep.edu.uy/recursos-educativos/2228
• https://webs.ucm.es/info/Geofis/practicas/prac22.pdf
• https://phet.colorado.edu/es/simulation/bending-light#for-teachers-header

• Brown, Theodore, Eugene LeMay, Bruce Bursten, Héctor Javier Escalona y García, M.en C. Roberto Escalona, y Ma. del Carmen Doria Serrano. Quimica: La Ciencia Central. 9a. ed.--. México D.F.: Prentice Hall, 2003.

• Wade, L.G. Jr., Química Orgánica, 7ª. Edición, México, Ed. Pearson Educación,2011.

• Sears. Zemansky; Young, Hugh D. y Roger A. .Física universitaria, con física moderna volumen 2. Decimosegunda edición Pearson Educación, México, 2009

*Videos

• https://www.youtube.com/watch?v=WFjLmEWTIk4
• https://youtu.be/xsMmtAaszW8
• https://youtu.be/ypPn8vF8k-Q
• https://www.youtube.com/watch?v=0Y2lEos3av8&t=157s
• https://youtu.be/_p8g89bRJRI
• https://www.youtube.com/watch?v=K2LvTx1c-3c
• https://www.youtube.com/watch?v=LIoDuOGGk1M
• https://youtu.be/WFjLmEWTIk4
• https://www.youtube.com/watch?v=p_WOg1sYcPI&t=91s
• https://www.youtube.com/watch?v=qYObqPOaajs

*REA mencionados de Prop. Fisicas.

• https://sites.google.com/view/determinacion-propfsicas/propiedades-f%C3%ADsicas?authuser=0

• https://view.genial.ly/60c0b7857860d10d09dec4e9/presentation-tdae-ipa-uruguay-2021-montero

¡Lección finalizada!

Gracias por tu atención