Instituto de Química – Departamento de Físico-Química

Universidade Federal da Bahia

Instituto de Química – Departamento de Físico-Química

Qui-A30 – Físico-Química B

Prática: REFRATOMETRIA

1. INTRODUÇÃO:

A refratometria constitui-se na medida do índice de refração de um determinado meio. Apesar de não ser uma propriedade específica da substância, somente poucas apresentam valores idênticos, e dessa forma, sua medida é útil para confirmar a identidade de um composto ou avaliar sua pureza. Além disso, esta medida serve de base para a análise qualitativa de misturas binárias. Finalmente, o índice de refração em combinação com medidas de outras propriedades pode fornecer informações sobre a estrutura e o peso molecular de uma substância.

Quando um raio luminoso passa obliquamente de um meio para outro de densidade diferente, sofre uma mudança de direção ocorrendo então o fenômeno denominado de REFRAÇÃO. Se o segundo é mais denso do que o primeiro, o raio refratado aproxima-se da normal à superfície de separação dos dois meios, (Vide fig. 01).

O ângulo formado pelo raio luminoso no primeiro meio e pela normal é chamado de ângulo de incidência (i ) enquanto que o ângulo correspondente no segundo meio é chamado de ângulo de refração (r ) são diretamente proporcionais às velocidades da luz nos dois meios.

A relação sen i / sen r é chamada de índice de refração, do segundo meio, a referida ao primeiro meio. A expressão da refração, pode então, ser expressa por:

2 = V1 = sen O1 (01)

1 V1 sen O2

onde os índices 1 e 2 referem-se ao primeiro e segundo meios respectivamente, e v é a velocidade da luz em cada meio.

i

C

Limite

O índice de refração teórico ao vácuo, que é considerado como sendo igual á unidade. Dessa forma, se o primeiro meio na fig (1) for o vácuo, 1 = 1 e a eq. (1) fica:

2 = C = sen 1 (02)

V2 sen 2

onde C representa a velocidade da luz no vácuo.

Entretanto, o índice de refração referido ao ar difere, daquele em relação ao vácuo, em apenas 0,03%, e por conveniência de ordem prática é o mais utilizado. Se o raio incidente se encontra em meio mais denso,  será menor do que 1 ; no caso contrário,  será maior do que 1. Usualmente, é maior do que 1, visto que aluz passa de um meio menos denso para outro mais denso.

Quando o feixe de radiação eletromagnética atravessa um determinado meio, ocorre interação entre o vetor elétrico da radiação e os elétrons ligados no meio material. Daí ser a velocidade do feixe em um meio material sempre menor (e  maior) do que no vácuo. Devido a essa interação, a velocidade com que a radiação se propaga, depende da densidade dos elétrons no meio. Em meio gasoso, a densidade eletrônica é baixa em condições ordinárias e, portanto, a interação é muito fraca; então o índice de refração é apenas levemente maior do que a unidade. Com o aumento da pressão gasosa, aumenta a densidade eletrônica do meio e consequentemente há uma correspondente elevação do índice de refração.

Os líquidos e os sólidos possuem densidades maiores, e por isso seus índices de refração são mais altos. os índices de refração da maioria dos líquidos se situam entre 1,3 e 1,8.

Como não é possível medir diretamente os ângulos de incidência e de refração, foram desenvolvidos sistemas óticos especiais, que dependem do ãngulo crítico no líquido, com um prisma de vidro, de índice de refração conhecido. Se o feixe luminoso passa de um meio mais denso para outro menos denso, o ângulo 0r será maior em relação a 01 . Se o ângulo 01 aumentar, 0r também deve aumentar para manter constante a relação sen 01 /sen 0r . Quando o ângulo 01 atingir um valor para o qual 01 = 90o, o raio luminoso não passará para o segundo meio, mais porgredirá através da superfície de separação dos dois meios formando com a normal e esta superfície, um ângulo de 90o (fig. 02). Nestas condições, o raio incidente é chamdo de raio limite e o ângulo correspondente ângulo crítico, Oc . Quando 01 é inferior aquele valor particular, a luz passa para o segundo meio; se é superior, toda a luz será refeltida na superfície de separação e retrocederá para o primeiro meio. É este o fundamento da construção de diversos refratômetros. A reflexão total só se verifica quando o primeiro meio é mais denso que o segundo.

Substituindo-se 1 por 90o na equação (1) vem:

1 = Sen 2 = Sen 2 = Sen 2 (03)

2 Sen r Sen 90o

O conhecimento de um dos dois índices de refração, permite avaliar o outro com base na medida de ângulo crítico no meio 2. Em geral, quando se faz a medida, o meio 1 é a amostra e o meio 2 é um prisma de índice conhecido.

Existem três tipos de refratômetros: o de Abbe, de imersão de Pulfrich e o de Fisher. Como o aparelho que vamos utilizar é do primeiro tipo, apenas este será discutido.

O refratômetro de Abbe opera sobre o princípio discutido anteriormente, e existe no mercado uma variedade desses instrumentos que apresentam as seguintes vantagens:

a) pode-se utilizar uma fonte de luz branca (em vez de luz monocromática);

b) só necessita de pouca quantidade da amostra;

c) tem incorporado um controle de temperatura dos prismas e da amostra;

d) os modelos disponíveis no mercado permitem determinar índices de refração compreendidos entre 1,30 a 1,71 e 1,45 a 1,84. A reprodutibilidade das leituras individuais é + 0,0002.

O índice de refração de uma substância pura varia com a temperatura, comprimento de onda da luz e pressão.

No caso de mistura, o índice de refração depende também da composição, variando de forma não-linear ou linear, a depender do sistema.

Os índices de refração dos líquidos diminuem com a elevação da temperatura numa proporção de 5x10-4 / K. Este decréscimo resulta da expansão de volume do líquido , que faz a radiação encontrar um número menor de moléculas ao atravessar igual distância do meio. Na maioria dos líquidos, para manter a exatidão até a 4a. casa