1 Índice de Refração 1. Introdução Quando um raio de luz

FQE0001
Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC
Centro de Ciências Tecnológicas – CCT
Departamento de Química - DQM
Físico-Química Experimental
Exp. 06
Índice de Refração
1. Introdução
Quando um raio de luz monocromática passa de um meio para outro, ele é entortado
ou refratado, aproximando-se ou afastando-se da normal, de acordo com as características dos
meios. A lei de Snell-Descartes, também conhecida como lei de Snell ou lei de Descartes ou
ainda, simplesmente, lei de refração, se resume a uma expressão que dá o desvio angular
sofrido por um raio de luz ao passar para um meio diferente do qual ele estava percorrendo.
Cada meio apresenta um tipo "resistência" a passagem da radiação, que depende do
comprimento de onda da radiação. Essa tal "resistência" é conhecida como índice de refração
() uma grandeza adimensional definida pela expressão: O grau dessa refração é dado pela
equação:
c
h=
v
onde c = 3.108 m/s e é a velocidade da luz no vácuo, e v é a velocidade da luz num certo meio.
De modo geral, a velocidade da luz nos meios materiais é menor que c; e assim, em
geral, teremos > 1. Por extensão, definimos o índice de refração do vácuo, que obviamente
é igual a 1 (vácuo = 1). A velocidade da radiação (onda) é dada pela equação v = λ., onde λ é
o comprimento da onda e  a sua frequência. Experimentalmente observa-se que em cada
meio material, a velocidade diminui com a frequência, isto é, quanto maior a frequência,
menor a velocidade. Portanto, concluímos que o índice de refração aumenta com a frequência.
Quanto maior a frequência, "maior" o índice de refração.
A velocidade de propagação da luz no ar depende da frequência da luz, já́ que o ar é
um meio material. Porém essa velocidade é quase igual a c = 3.108 m/s para todas as cores.
Ex.: índice de refração da luz violeta no ar = 1,0002957 e índice de refração da luz vermelha
no ar = 1,0002914. Portanto, nas aplicações, desde que não queiramos uma precisão muito
grande, adotaremos o índice de refração do ar como aproximadamente igual ao do vácuo que
é igual a 1(ar 1).
A Figura 1 mostra dois meios transparentes 1 e 2 e um feixe estreito de luz
monocromática, que se propaga inicialmente no meio 1, dirigindo-se para o meio 2. Supondo
que uma parte da luz consiga penetrar no meio 2 e que a luz tenha velocidades diferentes nos
dois meios, ocorre o fenômeno conhecido como refração.
Figura 1: Refração de um feixe de luz monocromática se propagando nos meios 1 e 2.
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Na Figura 1, o raio que apresenta o feixe incidente é o raio incidente, e o raio que
apresenta o feixe refratado é o raio refratado ou transmitido. Segundo a primeira lei da
refração: “o raio incidente, o raio refratado e a normal, no ponto de incidência, estão
contidos num mesmo plano”. A normal é uma reta perpendicular à superfície no ponto de
incidência, θ1 é denominado ângulo de incidência entre o raio e a normal, e θ2 é o ângulo de
refração entre o raio e a normal.
A segunda lei da refração relaciona os ângulos de incidência e refração com as
velocidades da luz nos meios 1 e 2. Ou seja:
𝜂2,1 =
𝜂2 sin 𝜃1 𝜈1
=
=
𝜂1 sin 𝜃2 𝜈2
2,1 = índice de refração do meio 2 em relação ao meio 1
i = é o ângulo formado pelo raio incidente e a normal
r = é o ângulo formado pelo raio refrato e a normal
1 = é a velocidade da luz no primeiro meio
2 = é a velocidade da luz no segundo meio
Na prática, determina-se a refração em relação ao ar e à substância, em lugar de em
relação ao vácuo e à substância, visto que isso não apresenta influência significativa nos
valores observados. Considerando 1 como o índice de refração do ar (~1) e o ângulo de
incidência de 90o, tem-se que:
sin 90𝑜
1
𝜂2 =
=
sin 𝜃2
sin 𝜃𝑅
onde R é denominado ângulo de refração limite.
Deve-se lembrar que a refração é uma grandeza que depende da natureza química da
substância, do comprimento de onda da luz usada em sua medida e da temperatura. Se o
segundo meio é uma solução, o índice de refração depende também da concentração da
mesma. O índice de refração pode ser usado para determinar a concentração de materiais, para
estabelecer a identidade e a pureza de um composto químico e como uma ajuda valiosa para
provar a estrutura de um composto. Em conjunto com a densidade, pode servir como uma
valiosa ajuda para provar a estrutura de um novo composto através do uso da refração
específica (r), a qual é definida pela equação de Lorentz-Lorenz:
𝜂2 − 1 1
𝑟=( 2
)
𝜂 +2 𝜌
r = refração específica (cm3/g) da substância estudada
 = índice de refração medido no refratômetro para a substância de interesse
 = é a densidade da substância de interesse
Da refração específica, deriva-se a refração molar (R): 𝑟 = 𝑅. 𝑀; onde M é a massa
molar. A refração específica e a refração molar são independentes da temperatura e inclusive
do estado de agregação. São de grande importância para as determinações de concentração de
misturas de líquidos, visto que se alteram linearmente com a concentração, o qual não é válido
para o índice de refração nem a densidade.
Para uma mistura binária líquida, a refração molar é dada por:
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𝑅1,2
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𝜂2 + 1 𝑥1 𝑀1 + 𝑥2 𝑀2
=( 2
)(
)
𝜂 +2
𝜌
ou
𝑅1,2 = 𝑥1 𝑅1 + 𝑥2 𝑅2
2. Objetivos
Determinação do índice de refração de diferentes substâncias.
Construção de uma curva padrão de índice de refração vs. composição para misturas
binárias de acetona e clorofórmio.
3. Procedimento Experimental
3.1 - Materiais utilizados
•
•
•
•
•
•
•
•
Acetona
Clorofórmio
2 picnômetros de 25 mL
Balança
Pipeta
10 tubos de ensaio com rolha
Béquer
Refratômetro de Abbe
3.2 - Procedimento
•
•
•
Medir a densidade da acetona pura e do clorofórmio puro. Para isso, pese os
picnômetros vazios. Adicione acetona em um deles e clorofórmio no outro e pese os
picnômetros novamente. Pela diferença de massa, calcule a densidade para cada
substância.
Numere os tubos de ensaio e, de acordo com a Tabela 1, prepare as misturas de
acetona e clorofórmio com as composições indicadas.
Meça o índice de refração das misturas de cada tubo.
Tabela 1: Dados obtidos nas medidas de volume para misturas de água e etanol.
Tubo
Acetona(mL) Tolueno (mL)

1
1
9
2
2
8
3
3
7
4
4
6
5
5
5
6
6
4
7
7
3
8
8
2
9
9
1
10
10
0
3
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4. Discussão dos Resultados
Compare os índices de refração medidos experimentalmente com os obtidos da
literatura e calcule as refrações molares das misturas a partir dos índices de refração medidos.
Construa uma curva relacionado o índice de refração medido e a composição das
misturas binárias, em relação à fração molar de clorofórmio e de acetona. Esta curva será
utilizada para o experimento da próxima aula.
5. Referências Bibliográficas
1. Rangel, R. N. Práticas de Físico-Química. 3. ed. São Paulo : Edgard Blücher, 2006.
2. Souza, N.J.Mello de; Martins Filho, H.P.; Experimentos em Físico-Química. Segunda
Edição. Curitiba : Neoprinte Ltda., 1995.
3. Shoemaker, D. P.; Garland, C. W.; Nibler, J. W. Experiments in Physical Chemistry.
Fifth Edition. New York : McGraw-Hill, 1989.
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