Índice de Refração 1. Introdução Quando um raio de - udesc
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FQE0001 Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC Centro de Ciências Tecnológicas – CCT Departamento de Química - DQM Físico-Química Experimental Exp. 03 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 l 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 () 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. c; e assim, em geral, teremos 1 (vácuo = 1). v=λ λ o comprimento da onda e a sua frequência. Experimentalmente observa-se que em cada meio material, a velocidade diminui com a frequência , 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. 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 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. FQE0001 Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC Centro de Ciências Tecnológicas – CCT Departamento de Química - DQM Físico-Química Experimental Exp. 03 Na Figura 1, o raio qu . Segundo a primeira lei da : “o raio incidente, o raio refratado e a normal, no ponto de incidência, estão contidos num mesmo plano”. 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: 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: 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: 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): ; 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: FQE0001 Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC Centro de Ciências Tecnológicas – CCT Departamento de Química - DQM Físico-Química Experimental Exp. 03 ou 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 FQE0001 Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC Centro de Ciências Tecnológicas – CCT Departamento de Química - DQM Físico-Química Experimental Exp. 03 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.
