Relatório De Fisico Química - Refratometria

A refratometria se fundamenta no fenômeno de refração, no qual quando um feixe de luz passa de um meio para outro, sua velocidade sofre uma variação além da mudança da sua direção muda. A refratometria é utilizada para medir do desvio da luz ao penetrar em um novo meio e esse desvio pode ser calculado com a ajuda de refratômetros.

O índice de refração é a razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade na luz num meio material. E pode ser representado pela expressão abaixo:

n=c/v

onde “c” representa a velocidade da luz no vácuo e “v” a velocidade com que a luz se propaga no meio. Ou seja, o desvio que a luz sofre quando passa de um meio para outro, depende da velocidade da luz nos dois meios. Como a diferença entre o índice de refração no vácuo e no ar é de 0,03%, então costuma-se considerar somente o ar.(1)

Quando se trata de soluções, o índice de refração varia de acordo com a concentração do soluto. Ele aumenta linearmente com a concentração quando esta for expressa por massa por volume. Sendo, por isso, útil para a caracterização e identificação de líquido, ou para indicar a pureza deste liquido. (2)

A refração molar de uma substância está diretamente ligada ao índice de refração e é igual à polarizabilidade da mesma. Entende-se por polarizabilidade a facilidade de distorção da nuvem eletrônica de uma molécula. O índice de refração, ao fornecer a diminuição da velocidade da luz quando a mesma penetra em uma substância em relação ao vácuo, quantifica o grau de interação do campo elétrico da radiação com as moléculas da substância, ao distorcer a nuvem eletrônica das mesmas. Desta forma, a refração molar nos fornece uma medida do grau de polarizabilidade da molécula de uma substância. A refração molar depende do número e natureza dos átomos presentes, e também das características das ligações, portanto, é uma propriedade aditiva e constitutiva. (1)

A refração específica de uma substância pode ser calculada mediante o emprego da fórmula de Lorentz e Lorenz, derivada das teorias eletromagnética e ondulatória da luz: (3)

R_e = [((n^2-1)/(n^2+ 2)) .(1/ρ) ]

Onde “n” é o índice de refração da substância e “ρ” a densidade. O índice de refração determinado no refratômetro é a razão entre os ângulos de incidência e de refração, em relação à normal, de um raio luminoso, que atravessa a superfície de separação de dois meios. A refração molar é expressa por:

R_e . M = ((n^2-1) .Vm)/((n^2+ 2) )

sendo “M” a massa molar e “Vm” o volume molar. A refração molar (Rm) pode ser expressa em m3/mol ou mL/mol. No caso de uma solução, serão consideradas as massas específicas, as frações molares e as massas molares. Para uma solução binária de líquidos a expressão seria:

R_exp=[((n^2-1))/((n^2+ 2) )] .[((x_a.M_a+ x_b .M_b ))/ρ]

sendo “Ma” e “Mb” as massas molares dos componentes “a” e “b” e “xa” e “xb” as frações molares. Muitas vezes a aditividade é observada na refração molar:

R_ad=x_a.R_a+x_b R_b

com “Ra” e “Rb” representando as refrações molares individuais dos compostos “a” e “b”. A diferença entre os valores experimentais (Rexp) e previstos (Rad) demonstra os desvios da aditividade:

∆R=R_exp-R_ad

Quando ΔR excede 0,1, assume-se que existam fortes interações entre os dois componentes da mistura.

OBJETIVO

Determinar a refração molar das soluções de acetona com fração molar que variam de 0 a 1 e também a refração molar do metanol, etanol, 1-propanol, 1-butanol, n-hexano.

MATERIAIS E EQUIPAMENTOS

10 balões volumétricos de 100 mL;

12 bequer de 50 mL;

12 pipeta Pasteur;

Papel toalha;

Pipeta graduada de 25 mL;

Pipeta de 1 mL;

Pipeta graduada de 5 mL;

Pipetador;

Picnômetro;

Balança Analítica;

Acetona;

Metanol;

Etanol;

1-propanol;

1-butanol;

n-hexano;

PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

Foram feitos os cálculos para o volume de acetona necessário para o preparo das misturas de água e acetona, com fração molar de acetona variando de 0 a 1,0, em intervalos de 0,1. Para isso, utilizou-se a seguinte expressão:

V_b= (x_b/x_a ) .(ρ_a/ρ_b ) .(〖MM〗_a/〖MM〗_b ) .(100-V_b)

onde “Vb” representa o volume de acetona; “xa”, “ρa” e “MMa” a fração molar, a densidade e a massa molar da água, respectivamente; “xb”, “ρb” e “MMb” a fração molar, a densidade e a massa molar da acetona, respectivamente.

Em seguida, foram medidas as densidades das soluções, da água pura e da acetona utilizando o picnômetro e a balança analítica. O picnômetro foi pesado vazio e sua massa foi anotada. Em seguida, preencheu-se a vidraria com o líquido desejado até que transbordasse, e novamente foi medida a sua massa. Com os valores obtidos, foi possível calcular as densidades das soluções e substâncias. Para tal, considerou-se a temperatura ambiente como 20ºC e que esta permaneceu constante.

Logo após foram feitas as medidas dos índices de refração das soluções e das substâncias utilizando o refratômetro. Abriu-se o sistema de prisma do refratômetro e limpou-o com um papel toalha umedecido friccionando suavemente a superfície dos prismas. Adicionou-se uma gota de água (padrão de calibração) na superfície inferior do prisma e fechou-se cuidadosamente o sistema, sem pressionar os prismas sobre a superfície do padrão de calibração.

Procurou-se movimentar a linha divisória até que esta coincidisse