Refratometria. Anselmo E. de Oliveira. Instituto de Química, UFG, , Goiânia, GO, Brazil

Transcrição

1 Refratometria Anselmo E. de Oliveira Instituto de Química, UFG, , Goiânia, GO, Brazil Resumo Essa aula prática tem como objetivo avaliar a variação do índice de refração de soluções hidroalcoólicas. 1. Fundamentação Teórica Quando um raio de luz monocromático passa de um meio transparente para outro ele é refratado. A razão, n D, dos senos dos ângulos de incidência, i, e de refração, r (Figura 1) é constante, sob um dado conjunto de condições, e é igual à razão das velocidades da luz nesses dois meios: n D = seno i seno r = υ 1 υ (1) A eq. (1) é a lei de Snell [1] e n D é o índice de refração de um meio em relação ao outro. O ângulo r aumenta com o ângulo i, e atinge o seu valor máximo (ângulo critico) quando o raio de luz incidente é horizontal, i = 90 (ver vídeo). Figura 1: Refração e reflexão da luz. address: anselmo.disciplinas@gmail.com (Anselmo E. de Oliveira) Preprint submitted to Físico-Química Experimental 16 de maio de 018

2 De modo a tornar n D uma constante característica de cada substância, υ 1 é referida à velocidade da luz no vácuo e, como essa velocidade é máxima, o índice de refração é sempre maior do que 1. Usualmente, o ar é escolhido como meio de referência, e para se obter o valor real do índice de refração da substância deve-se multiplicar o seu índice de refração em relação ao ar por 1,0003, que é a relação υ 1 /υ para λ = 589 nm (luz amarela do sódio, linha D) a 1 atm e 0 C. Essa correção, no entanto, é usada apenas em trabalhos de grande precisão. O índice de refração depende da temperatura, da pressão, da natureza da substância (meio ) e do comprimento de onda da luz. Quando o meio é uma solução, o índice de refração depende, também, da sua concentração. Consequentemente, o índice de refração é usado para identificar substâncias e para determinar a concentração de misturas binárias. A refração especifica, R, ou refratividade de uma substância é dada pela equação de Lorentz-Lorenz: R = ( ) n D 1 1 n D + ρ () onde ρ, a densidade da substância, é praticamente independente da temperatura e da pressão. Ela depende, apenas, da natureza da substância e de λ. O produto de R pela massa molar M de uma substância é a refração molar: R M = ( ) n D 1 M n D + ρ (3) R M é, aproximadamente, a soma das refrações molares dos grupos de elétrons presentes na substância sendo, portanto, uma medida da polarizabilidade molecular. Essa refração tem dimensão de volume molar expressa em cm 3 mol 1. A medida do índice de refração é feita em refratômetros como os ilustrados na Figura. Para se determinar a concentração de uma solução líquida por meio do índice de refração, utiliza-se um gráfico do índice de refração em função da concentração de várias soluções dos dois líquidos (Figura 3). Nos refratômetros o índice de refração é medido, diretamente, usando luz branca e apenas algumas gotas do líquido em estudo. A luz branca atravessa, com ângulo crítico de incidência, do meio cujo índice de refração se deseja de-

3 (a) Abbé WAJ (b) Abbé Carl Zeiss (c) Digital Figura : Modelos de refratômetros. terminar para um prisma de vidro de índice de refração elevado e conhecido. A luz emergente passa por um conjunto de prismas especiais (prismas de Amici, Figura 4a). Essa luz, assim selecionada, é dirigida através de uma luneta até uma ocular onde existe um retículo, Figura 4b. A incidência de 90 é obtida quando o campo da ocular se apresenta dividido em duas partes, clara e escura, cuja separação coincide exatamente com a interseção das linhas do retículo. Atingida essa condição, o índice de refração, entre 1,300 e 1,700 é lido na escala do aparelho (Figura 5). A fim de tornar mais nítida e sem cores a linha de separação entre as partes clara e escura do campo da ocular, os prismas de Amici são girados simultane- Figura 3: Variação do índice de refração com o teor de etanol. 3

4 (a) Prisma de Amici (b) Refratômetro Abbé Figura 4: Constituintes do refratômetro Abbé. Figura 5: Sombreamento e escla de leitura. 4

5 amente e em direções opostas, de modo a produzir uma dispersão da luz igual e oposta à produzida pelo líquido em estudo.. Laboratório.1. Experimental (a) Coloque o refratômetro próximo a uma fonte de luz de modo a iluminar o sistema do prisma; (b) Abra e gire o sistema do prisma para que a superfície do componente opaco fique na posição horizontal; (c) Coloque 3 gotas de uma solução hidroalcoólica nessa superfície e feche o sistema rapidamente a fim de evitar a evaporação do líquido; (d) Procure a posição do sistema do prisma em que a linha de separação luzsombra fique nítida e, exatamente, no cruzamento das linhas do retículo da ocular (Figura 5); (e) Anote o índice de refração; (f) Abra o sistema do prisma e limpe-o com papel macio ou algodão embebido em etanol; (g) Repita esse procedimento para as demais soluções... Apresentação dos Resultados (a) Apresente uma tabela com todos os valores medidos; (b) Calcule as refrações específicas, R, das soluções hidroalcoólicas e as refrações molares, R M, dos líquidos puros; (c) Analise o gráfico n D concentração de etanol (% v/v); (d) Determine o teor alcoólico da solução teste. Bibliografia [1] Britannica, Snell s law, The Editors of Encyclopædia Britannica, accessed: 01/10/017. URL 5