exp. 6 - refração molar

8/16/2019 Exp. 6 - Refração Molar

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EXPERIMENTO Nº 06

REFRAÇÃO MOLAR

FUNDAMENTOS

Fenômeno da refração

Ângulo limite de incidência

INTRODUÇÃO

Quando um raio de luz monocromática passa de um meio para outro, eleé refratado, aproximando-se ou afastando-se da normal, de acordo com ascaracterísticas dos meios ! índice de refração "n# de uma su$st%ncia é a

relação entre a &elocidade da luz no &ácuo e sua &elocidade na su$st%ncia

ni=

c

vi

"'#

!nde ni é o índice de refração, vi é a &elocidade no meio e c a&elocidade no &ácuo

(a prática, determina-se a refração em relação ao ar e ) su$st%ncia, emlugar de em relação ao &ácuo e ) su$st%ncia, &isto *ue isso não apresentain+uência signicati&a nos &alores o$ser&ados

! índice de refração a$soluto no &ácuo é igual a ' m *ual*uer outro

meio o índice de refração a$soluto é maior *ue '! índice de refração é in&ersamente proporcional a &elocidade de

propagação da luz, ou se.a, *uanto maior for o índice de refração de ummeio, menor será a &elocidade de propagação da luz nesse meio

! meio *ue tem maior índice de refração tem maior refringência e &ice-&ersa /efringência, portanto, é a medida do índice de refração a$soluto

! índice de refração depende da natureza química da su$st%ncia, docomprimento de onda da luz usada em sua medida e da temperatura 0eo segundo meio é uma solução, o índice de refração depende tam$ém daconcentração da mesma

1 necessário especicar as condiç2es de temperatura e comprimento de

onda utilizados " # !s índices de refração são geralmente formulados emfunção da lin3a 4 da luz de s5dio de comprimento de onda de 678,9nm, )

temperatura de :;o< = ;,6o< " #

! índice de refração pode ser usado para determinar a concentração de materiais, para estabelecer a identidade e a pureza de um composto



*uímico e como uma a.uda &aliosa para provar a estrutura de umcomposto ! uso mais comum é determinar a concentração de aç>car em um+uido, tam$ém con3ecido por índice de Brix, em frutas, doces preparados,m! e outros alimentos (os modelos mais comuns, uma gota do +uido aanalisar, por exemplo uma gota de sumo de !ara"#a, é colocada so$re o

$risma do aparel3o, mudando o índice de refração, em função daconcentração de um soluto presente no mesmo, no exemplo o aç>car dafruta 1 usado tam$ém para medir a concentração de $r%t&"as ou asa!i"i'a' no sa"(u ?em ainda &ariado uso na industria, para medirlí*uidos anti-congelantes e outros +uidos industriais

! índice de refração, em con.unto com a densidade, pode ser&ir comouma &aliosa a.uda para pro&ar a estrutura de um no&o composto atra&és douso da refração especíca (r ), a *ual é denida pela e*uação@

"cm9Ag# ":#

dela deri&a-se a refração molar (R)

"9#

n B índice de refração da su$st%ncia usando a raia 4 do s5dio

d = densidade da su$st%ncia ) msma tm$ratura

C B peso molecular da su$st%ncia

D determinação da refração especíca pode ser comparada com acalculada a partir de consideraç2es estruturais 4ois sistemas são

atualmente utilizados@ um $aseado na refrati&idade de ligaç2es e outro$aseado na refrati&idade atômica e estrutural Eara a maioria dos compostosorg%nicos a medida da refração especíca mostrou não diferir da refraçãoespecíca calculada em mais *ue ' D refração especíca e a refraçãomolar são independentes da tm$ratura e inclusi&e do estado dea(r(a*+%, 0ão de grande import%ncia para as determinaç2es deconcentração de misturas de lí*uidos, &isto *ue se alteram linearmente coma concentração, o *ual não é &álido para o índice de refração nem adensidade

! con3ecimento das contri$uiç2es de ligaç2es diferentes pode ser usadopara estudar a estrutura molecular ou predizer os índices de refração de

su$st%ncias org%nicas! índice de refração &aria com a temperatura e, para a maioria dos

lí*uidos org%nicos usados- um aum"t% "a tm$ratura ' .%/- ausauma 'imi"ui*+% m 1n2 ' 3-4,.05 a 4-4,.05, (a ausência do dadocorreto, o &alor de -4,.05 pode ser usado como uma aproximação

http://pt.wikipedia.org/wiki/Brix

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fruta

http://pt.wikipedia.org/wiki/Mel

http://pt.wikipedia.org/wiki/Laranja

http://pt.wikipedia.org/wiki/Prisma

http://pt.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADna

http://pt.wikipedia.org/wiki/Sal

http://pt.wikipedia.org/wiki/Sangue

http://pt.wikipedia.org/wiki/Fruta

http://pt.wikipedia.org/wiki/Mel

http://pt.wikipedia.org/wiki/Laranja

http://pt.wikipedia.org/wiki/Prisma

http://pt.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADna

http://pt.wikipedia.org/wiki/Sal

http://pt.wikipedia.org/wiki/Sangue

http://pt.wikipedia.org/wiki/Brix



7"(u!% /r&ti% %u 7"(u!% Limit

<onsiderando-se uma situação em *ue o feixe incidente este.a nummeio mais refringente "índice de refração maior# e encontre uma interface*ue separe este meio de um outro menos refringente D situação acima ées*uematizada na Figura '

Fi(ura. G s*uema ilustrati&o de uma interface *ue separa dois meioscom n'Hn: e um feixe incidente num meio material mais refringente

Eela lei de 0nell "I# temos *ue o raio incidente será refratado para omeio n' com um %ngulo de refração em relação ) normal

(4)

Dgora, se aumentado o %ngulo de incidência "Ji# &erificamos *ue o%ngulo de refração "Jr# tam$ém aumenta atra&és da relação "I# 0econtinuarmos aumentando até um &alor crítico "Ji B Jc# c3egará numasituação limite para o %ngulo de refração onde Jr B 8;K "&ide Figura :#(esta conguração temos a situação em *ue o raio refratado saitangenciando a superfície de separação ! %ngulo Jc é c3amado de ângulocrítico 0e aplicarmos esta consideração na expressão "I# o$temos@

(5)

! fundamento da leitura do refratômetro está $aseado na expressão "6#,onde o n1 é o índice de refração do prisma "&alor con3ecido#, senθc "seno do%ngulo limite# será o$ser&ado no refratômetro ! &alor do produto n'senJc étransformado numa escala, assim o &alor do índice de refração da amostra,n:, é o$ser&ado no e*uipamento ! %ngulo crítico é o maior %ngulo deincidência capaz de produzir refração Eara %ngulo maior *ue o %ngulo crítico,não ocorre mais a refração e sim ocorre a re+exão total, isto é, o raioincidente é totalmente re+etido 1 importante notar *ue para se aplicar a



propriedade do %ngulo limite de&emos ir de um meio mais refringente paraum meio menos refringente xemplo, do prisma para a nossa amostra !prisma tem um alto índice de refração

Fi(ura 8 9 s*uema de três raios incidentes com %ngulos de incidênciadiferentes 1 mostrada uma situação em *ue o raio refratado sai

tangenciando a interface DL

Eela ilustração da Fi(ura 8 podemos &er *ue para %ngulos θi H θc o raiosofrerá re+exão total para %ngulos θi M θc, parte da luz incidente do raiore+etido será refratada e parte será re+etida

Rfrat:mtr% ' ABBE

! refratômetro de D$$e faz uso do princípio de %ngulo crítico ou %ngulolimite de re+exão total ! campo no telesc5pio irá mostrar uma região clara eoutra escura, a na lin3a de demarcação entre elas corresponde ao %ngulocrítico

! refratômetro de D$$e é composto essencialmente de *uatro partes@ otelesc5pio, os prismas de D$$e, o círculo graduado de cristal commicrosc5pio de leitura e os prismas de compensação

! telesc5pio consta de uma o$.eti&a, uma ocular e um disco com lin3ascruzadas montado no plano focal da o$.eti&a D função do telesc5pio éformar uma imagem da lin3a extrema de re+exão total, ou lin3a limite, no

plano de lin3as cruzadas!s prismas de D$$e consistem de dois prismas semel3antes de &idro

de alto índice de refração, montados em uma ca&idade rodeada por umacamisa de água, de modo *ue se possa manter o controle da temperatura aoredor dos prismas

D superfície exposta do prisma superior é polida en*uanto *ue a doprisma inferior é áspera, resultando no *ue se c3ama de superfície rugosa



sta superfície ser&e para dirigir a luz *ue c3ega ao prisma para todas asdireç2es possí&eis (o espaço entre os : prismas ";,' mm espessura# écolocado o lí*uido cu.o índice de refração se dese.a determinar

!s prismas de compensação são prismas de Dmici, de &isão direta, *uegiram em direç2es opostas ao redor do eixo 5ptico do ?elesc5pio stes

prismas tornam possí&el a utilização do instrumento com luz $ranca

m$ora a luz $ranca se.a usada, o índice de refração medido, , é paraa lin3a 4 do s5dio, 6789 Å, por*ue os prismas de compensação de Dmici sãoconstruídos com &idros especiais tal *ue a luz deste comprimento de ondanão é des&iada, mas *ual*uer outra luz é des&iada

PRODUÇÃO DA LIN;A EXTREMA DE REFLEXÃO TOTAL

D superfície do prisma inferior é rugosa e produz uma dispersão da luz*uando sai do prisma inferior para o espaço entre os prismas D direção daluz difundida &aria desde paralela ) superfície do prisma até perpendicular!s raios paralelos são c3amados raios limite e têm incidência rasante !sraios limite formam todos os %ngulos possí&eis dentro de 9N;o em relaçãocom *ual*uer lin3a de referência na superfície do prisma

Rfra*+% M%!ar

D refração molar de uma su$st%ncia está diretamente ligada ao índicede refração e é igual ) polariza$ilidade da mesma ntende-se porpolariza$ilidade a facilidade de distorção da nu&em eletrônica de uma

molécula ! índice de refração, ao fornecer a diminuição da &elocidade da luz*uando a mesma penetra em uma su$st%ncia em relação ao &ácuo,*uantica o grau de interação do campo elétrico da radiação com asmoléculas da su$st%ncia, ao distorcer a nu&em eletrônica das mesmas 4estaforma, a refração molar nos fornece uma medida do grau de polariza$ilidadeda molécula de uma su$st%ncia D refração molar depende do n>mero enatureza dos átomos presentes, e tam$ém das características das ligaç2esstes &alores podem ser usados para comparar a refração molar calculadacom a o$ser&ada, e assim %"<rmar a strutura 'as m%!=u!as,

D refração molar de uma su$st%ncia é aproximadamente a soma dasrefraç2es dos grupos eletrônicos dentro da su$st%ncia D refração molar de(a<l, por exemplo, é a soma das refraç2es dos íons (aO e <l- Eara o$ter arefração dos íons indi&iduais, a partir dos seus sais, é necessário con3ecerpelo menos o &alor da refração para um dos íons D refração do íon +uoretofoi calculada exatamente, a partir da Cec%nica Qu%ntica e, usando-se este&alor, podemos calcular as refraç2es dos íons PiO, (aO, etc, a partir darefração dos +uoretos correspondentes



! mesmo argumento pode ser aplicado a grupos eletrônicos emmoléculas co&alentes D refração do metano é atri$uída ) refração de *uatrogrupos eletrônicos de ligação, entre os átomos de car$ono e 3idrogênio

D contri$uição das duplas e triplas ligaç2es ) refração é encontrada apartir das refraç2es de eteno e etileno !s pares eletrônicos das ligaç2es π

estão mais fracamente ligados *ue os da ligação simples rupos incluindooxigênio mostram *ue a refração depende do modo de ligação do oxigênio Drefração, *ue inclui dois pares de elétrons do oxigênio, $em como os pares deelétrons de ligação, é diferente para cetonas, éteres e alco5is "ta$ela '#

Eara compostos simples, a soma das refraç2es dos grupos é a refraçãomolar do composto com razoá&el exatidão Dparecem algumas diculdadesem compostos com duplas ligaç2es con.ugadas *ue possuem refração maior*ue a esperada

/ é independente da temperatura ou estado físico e fornece umamedida aproximada do &olume total "sem espaços li&res# de um mol de

moléculas D refração molar depende do n>mero e natureza dos átomospresentes, e tam$ém das características das ligaç2es stes &alores podemser usados para comparar a refração molar calculada com a o$ser&ada, eassim conrmar a estrutura das moléculas

?a$ela '- /efração de grupos eletrônicos "/aia 4#

Li(a*+% Rfra*+%M%!ar

Li(a*+% Rfra*+%M%!ar

Li(a*+% Rfra*+% M%!ar

<-R ',S;6 <-F ',N; 0i-<l S,;I

<-< ',:;8 <-<l N,6S 0-F ',86

<B< I,'6 <-Lr 8,IS 0e-F :,:9

<T< N,;:6 <-U 'I,6' ?e-F :,IS

!xigênio "grupos <!# - :,'78 cm9V !xigênio "éteres# - ',N98V !xigênio"grupos !R# - ',66:

Eode-se notar pela ta$ela acima *ue ) medida *ue aumentamos amultiplicidade da ligação, aumenta-se a refração molar, isto é, a refração deuma ligação dupla é maior do *ue a de uma ligação simples, e a refração deuma ligação tripla é maior do *ue a de uma ligação dupla Usto se de&e aofato de *ue os elétrons das ligaç2es duplas e triplas estão mais WsoltosW e

assim a nu&em eletrônica é mais facilmente distorcida ste mesmoargumento tam$ém se aplica a sistemas com duplas ligaç2es con.ugadas,onde a refração é maior do *ue a esperada , curiosamente, a refraçãomolar de uma ligação entre o car$ono e um 3alogênio é menor do *ue arefração molar do pr5prio 3alogênio

stas constataç2es ser&em para compro&ar *ue a refração molar deuma su$st%ncia não é uma propriedade somente aditi&a, pois ao depender



não somente dos átomos constituintes, mas tam$ém da forma como elesestão ligados, ad*uire tam$ém certo caráter constituti&o Cesmo assim, asta$elas encontradas na literatura constituem uma $oa ferramenta no cálculoaproximado da refração molar de uma su$st%ncia

?a$ela :G Dlgumas propriedades físico-*uímicas de reagentes *uímicos

Su>st?"ia F@rmu!am%!u!ar MM(m%!C a 84º/(m3C a84º/

Água R:! '7,;'69 ;,88N6' ',99:6:

Tetracloretode Carbono

<<lI '69,7::S ',N::N9 ',I6SN

Etanol <R9<R:!R IN,;N7I ;,S7NI9 ',968:

n-Hexano <NR'I 7N,'S69 ;,N6:79 ',9S::

Acetona <R9<!<R9 67,;S8' ;,S7S79 ',96S:

so!ro!anol <R9<R"!R#<R9 N;,86; ;,SS:79 ',9S6:

Cloro"#r$io <R<l9 ''8,9SS ',I:689 ',III:

MATERIAL UTILIADO

/efratômetro de D$$e, lenço de papel e pipeta

PRODUTOS GUHMI/OS UTILIADOS

• Xgua 4estiladaV• <lorof5rmioV

• Rexano normalV

• DcetonaV

• Usopropanol



• tanol

MTODO

' D$ra o con.unto de prisma "prisma inferior e superior#, com o $otão da

es*uerda deixar o con.unto de prisma $em plano m seguida limpar $emas superfícies com papel macio umedecido com éter ou metano, se*ue-os$em (ão to*ue as superfícies com outros o$.etos

: Faz-se primeiro com a água <om uma micro-pipeta, colocam-se algumasgotas do lí*uido "no prisma inferior# sem tocá-lo com a pipeta e fec3a-serapidamente, a m de e&itar a e&aporação

9 Peia a temperatura

I <olocar na posição e ol3ando no ocular do lado direito, procurar a faixacolorida, *ue é a incidência de luz, girando o $otão da es*uerda para oslados direito e es*uerdo, até encontrar a faixa colorida Focalize o espel3ode maneira *ue a .anela mais pr5xima do con.unto se.a $em iluminada,para mel3orar a incidência de luz "Eodemos acrescentar mais lí*uido*uando não der para &er direito a faixa colorida#

6 Ddapte o telesc5pio até *ue as lin3as cruzadas este.am em foco

N Quando a faixa preta "escura# começar a aparecer, no $otão do ladodireito, tente tirar o colorido, adaptando $em os espel3os, e gire osprismas com o $otão girat5rio até a fronteira luz-escuro coincidir com aintercessão das lin3as cruzadas, conforme Figura 9

Figura 9 G <ampo &isual da ocular

S D imagem da fronteira luz-escuro pode ser mel3orada e as coreseliminadas, *uando se gira o compensador D área clara de&erá estar naparte superior do campo

7 Peia índice de refração diretamente na escala Eode-se ler na escala até;,;;;' unidades ntão, depois de medir o índice de refração para a água,seguidamente mede-se o índice de refração para os outros lí*uidos



/ALIBRAÇÃOJ

4e&erá ser realizada com água destilada <onferir o &alor o$tido com ota$elado para diferentes temperaturas

TRATAMENTO DOS DADOS EXPERIMENTAISJ!s índices de refração da K(ua '% ttra!%rt% ' ar>%"% e

ta"%! são dados pelas seguintes e*uaç2es@

R:!@ B ',99:6 - ','';-I"t-:6#

<<lI@ B ',I6SN - 6,6';-I"t-:6#

tanol@ B ',967I - I,'';-I"t-:6#

!nde é o índice de refração para a lin3a 4 do s5dio ) to<

Ees*uisar no Rand$ooY o &alor do índice de refração para as outrassu$st%ncias

Eara lí*uidos o refratômetro de D$$e tra$al3a em uma faixa de índice"para o e*uipamento do la$orat5rio ',9;; M n4 M ',S;;#

Ta>!a 3J 4ados xperimentais

;a"'>%%

Su>st?"i

a

(m3

Ca 84

%

/ at%/

" Err%

' "

Rrf

m3

Rx$

m3

Err%

R

Água

Tetracloreto

deCarbono

tanol

n!"e#ano

$cetona

%sopropanol

Clorof&rmi o



Ta>!a 3J 4ados de /efração Colar

Su>st?"ia

F@rmu!a

m%!u!ar

Rx$ /5/! /5; /5/ /O /5O; O5; R

m3C

;a"'>%%

m3C m3C m3C m3C m3C m3C /a!u!a

'aTa>!a3

Água ;8O

Tetraclor eto

deCarbono

//!

tanol /;3/;8O;

n!

"e#ano

/6;.

$cetona /;3/O/;3

%sopropanol

/;3/;O;C/;3

Clorof&r mio

/;/!3

APLI/AÇÃO DOS RESULTADOS

' <alcule a refração molar e especíca para todas as su$st%ncias

: 4i&idindo a refração do tetracloreto de car$ono por I, teremos a refraçãoda ligação <-<l <om este dado, calcule as contri$uiç2es das ligaç2es@

a# <-RV $# <-< e c# <B!, a partir das refraç2es molares de clorof5rmio,3exano normal e acetona

9 <alcule a refração molar do propanol a partir das contri$uiç2es dasligaç2es atômicas e compare esse &alor com o *ue &ocê calculou a partirdo índice de refração e da densidade

Im$%rta"tJ D refração molar é uma função das ligaç2es *uímicas de

uma molécula, entãoJ R ∑ ( Ligaçõesquímicas) ,I <ompare os resultados o$tidos para o índice de refração e refração molar

das su$st%ncias com os encontrados no Rand$ooY6 <ompare *ualitati&amente os &alores o$tidos para refração das ligaç2es

neste experimento "<-R, <-<, <B!, <-<l e !-R#, com os encontrados na ?a$ela' 0ão diferentesZ



REFERN/IAS

<!0?D, Dntonio <arlos da (!?D [E/UC(?DP '6@ /efratometria " D$$e eEulfric3# 4isponí&el em@3ttp@AA\\\iunicamp$rA]accostaAroteirosA'6Anota'63tm Dcesso em@'8A';A:;';

0?UCD?U^D 4 E/!E/U4D40 ?/C!F_0U<D0 4isponí&el em@3ttp@AA\\\e*ucptA]a$elAdensrig3tm Dcesso em@ :8 marços :;;8

RD(4L!!` !F <RCU0?/ D(4 ER0U<0 </< Eress, 6N ?R d !3io, '8S6 p :'8-::I

!(!, Puis `atsuba xperiência UU G Cedida do índice de refração de s5lidos elí*uidos com o /efratômetro de D$$e 4isponí&el em@3ttp@AAsocratesifusp$rA]lYonoAgradAfge9:SAexp:pdf Dcesso em@ ::marços :;;N

E//, /o$ert RV /(, 4on Rand$ooY of <3emical ngineers St3 ed

Ccra\-Rill, '888 0ection :-p:97/efratometria U 4isponí&el em@ 3ttp@AAglufcfrpusp$rA$pcAroteiro:doc

Dcesso em@ :; março :;;N

<<<RU, R C Fundamentos te5ricos e práticos em análise de alimentos 'aedição

exp. 6 - refração molar

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