Relatorio Nº3
-
Upload
matson-edwards -
Category
Documents
-
view
159 -
download
1
Transcript of Relatorio Nº3
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
Refratometria Molar
Matson Edwards Pereira UC09037383
Verônica dos Santos Pontes UC10074807
Data da aula experimental: 19/08/2013
Data da entrega do relatório: 26/08/2013
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
1. INTRODUÇÃO
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= cv
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)
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
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)
Re=[( n2−1n2+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:
Re .M=(n2−1 ) .Vm
(n2+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:
Rexp=[ (n2−1 )(n2+2 ) ] .[ (xa . M a+xb. 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:
Rad=xa . Ra+xb Rb
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=Rexp−Rad
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
Quando ΔR excede 0,1, assume-se que existam fortes interações entre os
dois componentes da mistura.
2. 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.
3. 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;
4. 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=( xbxa ) .(ρaρb ) .(
MMa
MMb) .(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.
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
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 exatamente
com a interseção das linhas do X que aparece no campo, por meio do ajuste fino.
Anotou-se o índice indicado pelo aparelho.
Determinou-se o valor de n para as substâncias puras: metanol, etanol, 1-
propanol, 1-butanol, n-hexano, acetona e para as misturas de água-acetona,
preparadas inicialmente com as seguintes frações molares de acetona: 0,1; 0,2; 0,3;
0,4; 0,5;0,6; 0,7; 0,8; 0,9.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os valores dos volumes de acetona e de água utilizados no preparo das
soluções foram organizados na tabela abaixo. Para todos os cálculos, a massa
molar da água foi considerada como 18,01 g/mol e a massa molar da acetona como
58,08 g/mol. A densidade da água foi considerada 1,00 g/mL a 20ºC e a densdade
da acetona 0,791 g/mL a 20ºC.
Tabela 1 - Volumes e densidades das soluções
Nº da
solução
Fração
molar da
água (xa)
Fração
molar da
acetona (xb)
Volume de
água (mL)
Volume de
acetona
(mL)
Densidade
da
solução
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
(g/mL
1 1,0 0,0 100,0 0 0,9698
2 0,9 0,1 68,8 31,2 0,9068
3 0,8 0,2 49,5 50,5 0,8945
4 0,7 0,3 36,4 63,6 0,8669
5 0,6 0,4 26,9 73,1 0,8452
6 0,5 0,5 19,7 80,3 0,8062
7 0,4 0,6 14,1 84,9 0,7965
8 0,3 0,7 9,5 90,5 0,7785
9 0,2 0,8 5,8 94,2 0,7754
10 0,1 0,9 2,7 97,3 0,7699
11 0 1,0 0 100 0,7690
Para os cálculos das densidades foram adotados valores que foram aferidos
experimentalmente utilizando um picnômetro de 50 mL. As massas obtidas foram:
1. Massa do picnômetro vazio – 34,29 g;
2. Massa do picnômetro com a solução 1 – 82,78 g;
3. Massa do picnômetro com a solução 2 –79,631 g;
4. Massa do picnômetro com a solução 3 – 79,013 g;
5. Massa do picnômetro com a solução 4 – 77,633 g;
6. Massa do picnômetro com a solução 5 – 76,548 g;
7. Massa do picnômetro com a solução 6 – 74,598 g;
8. Massa do picnômetro com a solução 7 – 74,114 g;
9. Massa do picnômetro com a solução 8 – 73,213 g;
10.Massa do picnômetro com a solução 9 – 73,060 g;
11.Massa do picnômetro com a solução 10 – 72,783 g;
12.Massa do picnômetro com a solução 11 – 72,741g;
O cálculo da densidade foi realizado seguindo o parâmetro:
massasol=massaconj−massa pic
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
onde, “msol” é a massa da solução, “mconj” é a massa do conjunto picnômetro e
solução e “mpic” é a massa do picnômetro vazio. Após descoberta a massa da
solução, aplicou-a na expressão que representa a densidade:
d sol=massasol50mL
onde “dsol” representa a densidade da solução e 50 mL é o volume do picnômetro
utilizado.
Os índices de refração aferidos experimentalmente também foram
organizados em uma tabela:
Tabela 2 - valores aferidos dos índices de refração.
Solução/Substância Índice de refração (n)
Solução 1 1,3325
Solução 2 1,3580
Solução 3 1,3605
Solução 4 1,3640
Solução 5 1,3650
Solução 6 1,3635
Solução 7 1,3620
Solução 8 1,3600
Solução 9 1,3595
Solução 10 1,3590
Solução 11 1,3585
Metanol 1,3335
Etanol 1,3610
1-Propanol 1,3845
1-Butanol 1,3970
n-hexano 1,4085
É possível verificar uma diminuição nas medidas das densidades à medida
que a fração molar de acetona aumenta. A densidade da solução tende a se
aproximar da densidade da acetona presente na literatura que é de 0,791 g/mL.
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
Entretanto, esse não foi o valor encontrado. Tal erro se deve a má calibração do
picnômetro e ao erro ao considerar uma temperatura superior a temperatura medida.
A densidade relativa pode ser comparada ao índice de refração de amostras
diferentes de uma mesma substância e não de amostras de substâncias diferentes,
pois as partículas mudam de acordo com o meio e, o índice de refração depende da
organização das mesmas e não do tipo.
Com o aumento da temperatura, é esperado que o índice de refração diminua
já que a facilidade da passagem de luz é aumentada pela desorganização das
partículas, diminuindo, assim, a refração da mesma. Por isso o índice de refração da
água aferido foi de 1,3325 enquanto a literatura traz um valor de 1,3330.
6. PERGUNTAS REFERENTES À PRÁTICA
1) Calcule a refração molar (Rm) para cada um dos alcoóis analisados e para o n-
hexano (vide na literatura as densidades das substâncias na temperatura na
qual os valores de n foram determinados);
Metanol:
ρ = 0,7918 g/mL
MM = 32,040 g/mol
Rm=[( n2−1n2+2 ) .( 1
ρ )] . MMRm=[( 1,33352−1
1,33352+2 ) .( 10,7918 )] .32,04
Rm=[( 0,7783,778 ). (1,263 )] .32,04
Rm=8,333mL /mol
Etanol:
ρ = 0,7890 g/mL
MM = 46,068 g/mol
Rm=[( 1,36102−11,36102+2 ) .( 1
0,7890 )] .46,068
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
Rm=[( 0,8523,852 ). (1,267 )] .46,068
Rm=12,910mL/mol
1-Propanol
ρ = 0,803 g/mL
MM = 60,095 g/mol
Rm=[( 1,38452−11,38452+2 ) .( 1
0,803 )] .60,095
Rm=[( 0,9173,917 ) . (1,245 )] .60,095
Rm=17,515mL/mol
1-Butanol
ρ = 0,810 g/mL
MM = 74,122 g/mol
Rm=[( 1,39702−11,39702+2 ) .( 1
0,810 )] .74,122
Rm=[( 0,9523,952 ). (1,234 )] .74,122
Rm=22,033mL /mol
n-Hexano
ρ = 0,655 g/mL
MM = 86,177 g/mol
Rm=[( 1,40852−11,40852+2 ) .( 1
0,655 )] .86,177
Rm=[( 0,9843,984 ) . (1,527 )] .86,177
Rm=32,502mL/mol
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
2) Construa um gráfico: R/mL mol-1 em função de MM/g mol-1, para a série de
alcoóis e determine R(-CH2-)
30 40 50 60 70 80
8
10
12
14
16
18
20
22
24
8,333
12,91
17,515
22,033
Ref
raçã
o m
olar
(m
L/m
ol)
Massa Molar (g/mol)
Refração molar
R(-CH2-) = 8,333 + Nº(-CH2-) x 4,565
3) Calcule a refração molar do grupo metileno [R(-CH2-)] algebricamente (o valor
médio), sendo que o valor médio de R(-CH2-) pode ser obtido pela diferença
entre a R de dois alcoóis que diferem entre si por um grupo metileno (-CH2-).
Conseqüentemente, com os valores de R (para os alcoóis calculados no item
1), obtém-se valores de R(-CH2-) e, portanto, o valor médio de R para o
grupo metileno. Confronte este valor com o obtido graficamente no item 2;
Refração molar da substância metanol: 8,333 (Rme)
Refração molar da substância contendo um metileno: 12,91 (Rm1)
Refração molar da substância contendo dois grupos metileno: 17,515 (Rm2)
Refração molar da substância contendo três grupos metileno: 22,03 (Rm3)
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
Rm1−Rme12,91−8,333
4,577mL/mol
Rm2−Rm1
17,515−12,91
4,605mL/mol
Rm3−Rm2
22,03−17,515
4,515mL/mol
Média das Refrações molares (-CH2):
4,577+4,605+4,5153
=4,565mL /mol
A refração molar do grupo metileno tem valor de 4,565 mL/mol. Então, pode-
se estimar a refração molar dos alcoóis utilizando o produto deste valor pela
quantidade de grupos metileno somado com a refração molar do metanol:
Rm1=8,333+1x 4,565
Rm1=12,898
Rm2=8,333+2x 4,565
Rm2=17,463
Rm3=8,333+3 x 4,565
Rm3=22,028
Rmn=8,333+n x 4,565
Como os valores calculados estão bem próximos dos valores do gráfico,
pode-se concluir que o valor da refração molar do grupo metileno tem valor de 4,565
mL/mol.
4) Calcule também R para -OH e para -H, por diferença. Para tal, proceda da
seguinte maneira:
a. use o valor de R do n-hexano e calcule R para o grupo metila (-CH3),
por meio da relação: 2 R(-CH3) + 4 R(-CH2-) = R(n-hexano);
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
2 R (−CH 3 )+4 R ¿
2 R (−CH 3 )+4 x 4,565=32,502
R (−CH 3 )=7,121mL/mol
R (CH 3OH )=R (CH 3 )+R (OH )
8,333=7,121+R (OH )
R (OH )=1,212mL/mol
b. calcule R(-H), por meio das duas expressões a seguir:
1 - R(-CH3) - R(-CH2-) = R(-H)
2 - R(-H) = (1 / 2) [R(n-hexano) - 6 R(-CH2-)];
R (−CH 3 )−R ¿
7,121−4,565=R (−H )
R (−H )=2,556mL/mol
R (−H )=( 12 )¿
R (−H )=( 12 ) [32,502−6 x 4,565 ]
R (−H )=2,556mL/mol
c. Calcule o valor médio para R(-OH), usando os valores: R(álcool), R(-
CH3) e R(-CH2), por exemplo, para 1-propanol:
R(-CH3) + 2 R(-CH2-) + R(-OH) = R(1-propanol).
Monte uma expressão deste tipo para cada um dos três álcoois
restantes e calcule o valor médio de Rm (-OH).
R (−CH 3 )+2R ¿
7,121+2 x 4,565+R (−OH )=17,515
R (−OH )=1,264mL /mol
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
R (−CH 3 )+R (−OH )=R (metanol)
7,121+R (−OH )=8,333
R (OH )=1,212mL/mol
R (−CH 3 )+R ¿
7,121+4,565+R (−OH )=12,910
R (−OH )=1,224mL /mol
R (−CH 3 )+3 R ¿
7,121+3 x 4,565+R (−OH )=22,033
R (−OH )=1,217mL /mol
Média dos valores de R(-OH):
1,264+1,212+1,224+1,2174
=1,229mL /mol
5) Para a mistura água e acetona, faça um gráfico índice de refração (n) versus
fração molar de acetona.
Para a montagem do gráfico, foi utilizada a seguinte expressão:
Rexp=[ (n2−1 )(n2+2 ) ] .[ (xa . M a+xb. M b )
ρ ]onde, “n” representa o índice de refração que foi aferido experimentalmente, “xa” e
“Ma” representam a fração molar e a massa molar de água respectivamente; “xb” e
“Mb” representam a fração molar e a massa molar de acetona respectivamente; e “ρ”
a densidade da solução obtida experimentalmente.
Dessa forma, foram obtidos os valores de “Rexp” em função da fração molar de
acetona da mistura. Segue abaixo o gráfico que representa a situação:
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,02
4
6
8
10
12
14
16
18
3,807
5,3176,429
7,725
8,98
10,514
11,71
13,057
14,231
15,45816,608
Re
fra
ção
Mo
lar
da
so
luçã
o (
mL
/mo
l)
Fração Molar de acetona (xb)
Refração Molar da solução
6) Também calcule o Rad, Rexp e ΔR para cada uma das misturas de água e
acetona. Faça um gráfico de Rexp e ΔR vs. a fração molar de acetona.
Para o cálculo Rad foi utilizada a expressão: Rad=xa . Ra+xb Rb, onde “xa” e “Ra”
representam a fração molar e a refração molar da água pura; “xb” e “Rb” representam
a fração molar e a refração molar da acetona pura. O valor de “Ra” utilizado para os
cálculos foi 3,807 mL/mol e de “Rb” foi 16,808 mL/mol, valores das refrações molares
que foram obtidos experimentalmente.
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,02
4
6
8
10
12
14
16
18
3,807
5,0871
6,3672
7,6473
8,9274
10,3075
11,6076
12,9077
14,2078
15,5079
16,808
Adi
tivid
ade
(Rad
) (m
L/m
ol)
Fração Molar de Acetona (xb)
Aditividade (Rad)
Para o cálculo dos desvios de aditividade (ΔR) foi utilizada a expressão:
∆ R=Rexp−Rad. Com os valores dos desvios também foi montado um gráfico em
função da fração molar.
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0
0,2299
0,06180,0777
0,0529
0,2065
0,1024
0,1493
0,0232
-0,0499
0
Des
vios
da
aditi
vida
de (
mL/
mol
)
Fração Molar de Acetona (xb)
Desvios da aditividade
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
7) Apresente no relatório duas tabelas com os seguintes cabeçalhos:
Tabela 3 - Dados experimentais e literário
B (Substância)
M (g/mol) Dens. g/ml
n.
obtido
n.
literatura
Rm
Obtido (mL/mol)
Rm
Literatura (mL/mol)
Erro %
água 18,02 0,9998 1,3325 1,3330 3,807 3,725 + 2,20
metanol 32,04 0,7918 1,3335 1,3200 8,333 8,343 -0,12
etanol 46,06 0,7890 1,3610 1,3600 12,910 12,961 -0,39
1 - propanol 60,09 0.8034 1,3845 1,3840 17,515 17,579 -0,36
1 - butanol 74,12 0,8100 1,3970 1,3990 22,033 22,197 -0,74
N - hexano 86,17 0.6548 1,4085 1,3750 32,502 29,908 +8,67
Tabela 4 - Valores dos índices de refração
X (acetona) n(mix) Rad (mL/mol)
Rexp (mL/mol)
∆R (mL/mol) n2
0,0 1,3325 3,807 3,807 0 1,7755
0,1 1,3580 5,0871 5,317 0,2299 1,8441
0,2 1,3605 6,3672 6,429 0,0618 1,8509
0,3 1,3640 7,6473 7,725 0,0777 1,8604
0,4 1,3650 8,9274 8,980 0,0529 1,8632
0,5 1,3635 10,375 10,514 0,2065 1,8591
0,6 1,3620 10,6076 11,710 0,1024 1,8550
0,7 1,3600 12,9077 13,057 0,1493 1,8496
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
0,8 1,3595 14,2078 14,231 0,0232 1,8482
0,9 1,3590 15,5079 15,458 -0,0499 1,8468
1 1,3585 16,808 16,608 0 1,8455
8) Defina reflexão e refração da luz.
A reflexão da luz é um dos fenômenos mais comuns envolvendo a
propagação da luz. A reflexão ocorre quando a luz incide sobre a superfície de
separação entre dois meios com propriedades distintas. A reflexibilidade é a
tendência dos raios de voltarem para o mesmo meio de onde vieram.
Quando a luz incide sobre uma superfície separando dois meios, podem
ocorrer dois fenômenos distintos: reflexão da luz e refração da luz. Parte da luz volta
e se propaga no mesmo meio no qual a luz incide (a reflexão da luz). A outra parte
da luz passa de um meio para o outro se propagando nesse segundo. A esse último
fenômeno (no qual a luz passa de um meio para o outro) dá o nome de refração da
luz.
Os dois fenômenos ocorrem concomitantemente. Pode haver predominância
de um fenômeno sobre o outro. Que fenômeno predominará vai depender das
condições da incidência e da natureza dos dois meios.
Se a superfície de separação entre os dois meios for plana (por exemplo,
superfície de um metal) e polida (uma superfície regular) então a um feixe incidente
de raios luminosos paralelos corresponderá um feixe refletido de raios luminosos
igualmente paralelos. A reflexão nesse caso será denominada de regular.
Se a superfície de separação apresentar rugosidades a reflexão será difusa.
A luz será espalhada em todas as direções. Se considerarmos um feixe de raios
luminosos incidentes paralelos, os raios refletidos irão tomar as mais diversas
direções. A grande maioria dos objetos reflete a luz de uma maneira difusa. Isso nos
permite vê-lo de qualquer posição que nos situarmos em relação a ele.
Parte da luz é absorvida pelo objeto. Diferentes materiais absorvem luz de
forma diferente e por isso vemos objetos das mais variadas cores.
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
9) Qual é a lei de Snell? Descreva o fenômeno físico representado por ela.
A 2ª lei da refração é utilizada para calcular o desvio dos raios de luz ao
mudarem de meio, e é expressa por:
No entanto, sabemos que:
Além de que:
Ao agruparmos estas informações, chegamos a uma forma completa da Lei de
Snell:
10) Que material é usado para fazer prismas e qual a sua utilidade como
dispositivo óptico?
Os Em óptica, um prisma é um elemento óptico transparente com superfícies
retas e polidas que refratam a luz. Os ângulos exatos entre as superfícies dependem
da aplicação. O formato geométrico tradicional é o prisma triangular com base
quadrangular e lados triangulares, e o uso coloquial de "prisma" geralmente refere-
se a essa configuração. Os prismas são tipicamente feitos de vidro, mas também
podem ser feitos de qualquer material transparente aos comprimentos de onda ao
qual são designados.
Um prisma pode ser usado para separar a luz em suas cores do espectro (as
cores do arco-íris). Também podem ser usados para refletir a luz ou ainda dividi-la
em componentes com diferentes polarizações.
Ao mudar entre um meio e outro (por exemplo, do ar para o vidro), a luz muda
sua velocidade. Como resultado seu caminho é refratado e parte de si é refletida. O
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
ângulo de entrada do raio de luz e os índices de refração dos dois meios
determinam o quanto da luz é refletida e o quanto o caminho e refratado. O índice de
refração dos meios variam de acordo com o espectro (ou cor) da luz devido
à dispersão, fazendo com que as luzes de diferentes cores sejam separadas quando
refratadas na superfície do prisma.
11)O que é índice de refração?
O desvio que a luz sofre quando passa de um meio para outro, depende da
velocidade da luz nos dois meios. A grandeza física que relaciona as velocidades
nos dois meios é o índice de refração relativo (n21), que é definido como sendo a
razão entre a velocidade da luz no primeiro meio (v1) e a velocidade da luz no
segundo meio (v2):
n2,1 = v1 / v2
Quando o primeiro meio é o vácuo (v1 = c), o índice de refração que relaciona a
velocidade da luz no vácuo com a velocidade em outro meio (v), é denominado
índice de refração absoluto (n):
n = c / v
A velocidade da luz no vácuo é c = 3x 108 m/s e em outro meio qualquer é
menor do que este valor. Consequentemente, o valor do índice de refração em
qualquer meio, exceto o vácuo, é sempre maior que a unidade (n > 1).
12) Que informações podem ser obtidas a partir dos valores de índice de
refração de substâncias puras ou de misturas?
O índice de refração é outra propriedade físico-química, associada à
densidade de líquidos e relacionada com a estrutura molecular, empregada
comumente em laboratórios de análise e de pesquisa. A definição do índice de
refração (n) é a razão entre a velocidade da luz no vácuo e na amostra analisada.
Esse índice é dependente da temperatura, da pressão, da natureza da substância e
do comprimento de onda da luz. Tratando-se de uma mistura homogênea, solução,
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
o índice de refração depende também da sua concentração. Consequentemente, o
índice de refração é usado para identificar substâncias puras e para determinar a
concentração de soluções.
13) Que variáveis interferem na determinação do índice de refração? Explique,
sucintamente, como estas variáveis interferem no valor de n.
Esse índice é dependente da temperatura, da pressão, da natureza da
substância e do comprimento de onda da luz. Temperatura e pressão influenciam
diretamente nos espaços entre as moléculas, o que acaba determinando o
comportamento da luz ao passar por entre elas. A natureza da substância interfere
pois, quanto mais polar for a substância, mais o campo magnético gerado pela
nuvem eletrônica vai fazer variar a velocidade e o ângulo de incidência da luz.
14)O que você entende por refração molar (R)?
A refração molar de uma substância é aproximadamente a soma das
refrações dos grupos eletrônicos dentro da substância. A refração molar (RM) de uma
substância, para um determinado comprimento de onda em uma dada temperatura,
é obtida pela equação de Lorenz-lorentz:
Rm=[( n2−1n2+2 ) .( 1
ρ )] . MMonde: n é o índice de refração, M a massa molar e p a densidade.
7. CONCLUSÃO
Observou-se que ao se elevar a temperatura do líquido, os espaços entre as
moléculas aumentam, fazendo com que a velocidade com que a luz atravesse o
meio também aumente, diminuindo, desta maneira, o índice de refração. Por isso o
valor encontrado para o índice de refração da água foi menor que o encontrado na
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013
Relatório de Físico-Química ExperimentalProfº: MSc. Francisco Alexandre de Melo Castro
literatura, pois, provavelmente, a temperatura do laboratório se encontrava superior
a 20º C. Conclui-se também que a refração molar de um composto é afetada pela
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. Pode-se afirmar também que a refração molar de uma substância
é aproximadamente a soma das refrações dos grupos eletrônicos dentro da
substância, ou seja, das refrações molares das ligações entre os átomos.
.
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. ATKINS, P., PAULA J., Físico Química – vol. 1, Livros Técnicos e
Científicos, Rio de Janeiro (1999)
2. CASTELLAN, G. W. Fundamentos de Físico-Química. 1ª ed. Rio de
Janeiro: LTC, 2008.
3. ALCÂNTARA, Robério M., Apostila de Físico Química Experiemental.
Curso de Química da Universidade Católica de Brasília, 2º semestre de
2009.
Físico-Química Experimental 2° semestre /2013