Propriedades físico-químicas de líquidos e soluções - índice de refração

Prévia do material em texto

Experimento 2 - PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DE LÍQUIDOS E SOLUÇÕES: ÍNDICE DE 
REFRAÇÃO 
1 – Introdução: 
A luz é, na física, definida como um raio e, como tal, possui seus fenômenos. Um 
deles é a refração: acontece quando um raio de luz passa de uma superfície para outra – 
ambas transparentes. Assim, uma fração da luz sofre reflexão (outro fenômeno físico da luz 
como raio) e a outra porção sofre refração, ou seja, passa para o outro lado sofrendo uma 
leve mudança de direção. O cálculo da refração da luz é expressado através do índice de 
refração de um meio (𝑛 ). 
O índice de refração é uma importante propriedade óptica dos matérias e é 
amplamente utilizada em diversas áreas da física; determinação de concentração de 
soluções, grau de pureza e identificação de compostos químicos são algumas delas. Sendo 
assim, o índice de refração depende do material do meio, além da velocidade da luz (𝑐 ) no 
vácuo e da velocidade da luz no meio em questão (𝑣𝑚𝑒𝑖𝑜). Temos a seguinte relação: 
𝑛 =
𝑐
𝑣𝑚𝑒𝑖𝑜
 
Ou podemos medir o índice de refração através dos ângulos de “entrada” e de 
“saída” da luz. 
 
Observamos que, 𝑖  é o ângulo incidente (de “entrada”) e 𝑝 é o ângulo de refração 
(de “saída”), sendo o índice de refração (𝑛 ) = 
𝑠𝑒𝑛 𝑖
𝑠𝑒𝑛 𝑝
. 
Já existem, no entanto, diversas tecnologias e aparelhos utilizados para medir o 
índice de refração sem a necessidade dos cálculos acima; estes são chamados de 
refratômetros e consistem na unidade básica de um recipiente em formato de prisma. 
Neste experimento em especial utilizamos o Refratômetro de Abbé que, além de um corpo 
de prisma padrão, possui um espelho, uma luneta e uma fonte de luz. As partes do aparelho 
utilizada e estes procedimentos serão detalhados no item 3 – procedimento experimental. 
Apesar de toda física e matemática envolvida, o índice de refração nos proporciona 
várias observações e a possibilidade de entender porque um peixe parece sempre um pouco 
mais acima do seu posicionamento real quando observado, por exemplo. 
 
2 – Objetivo: 
Com está atividade pratica, o principal propositivo foi, através do Refratômetro de 
Abbé, perceber como um líquido puro pode variar sua composição química através de 
diluição, ou seja, através de uma solução com diferentes concentrações de soluto; e como 
essa concentração afeta na refração da luz por um, agora, novo meio e, como consequência, 
como o índice de refração de uma solução pode variar sendo alterada apenas sua diluição. 
Com o auxílio da matemática, o objetivo foi criar um gráfico do índice de refração 
medido na pratica pela concentração do soluto na solução, e assim gerar uma curva de 
calibração de 𝑛 (gráfico apresentado no item 4 – resultados e discussão), e prever um índice 
de refração e uma concentração para referências propostas por suposição (tópicos 1 e 2 
apresentados no item 4 – resultados e discussão) 
 
3 – Procedimento experimental: 
 Esta pratica foi realizada no mesmo dia da pratica 1 – densidade gasosa e, portanto, 
todo o bom funcionamento do laboratório já tinha sido passado e respeitado no mesmo dia. 
Vale ressaltar que o único aparelho laboratorial nunca antes utilizado foi o Refratômetro de 
Abbé, mas este foi estudo no pré-laboratório e teve todas as suas partes reconhecidas e 
detalhadas. Segue imagem: 
 
Para a preparação da bancada e inicio do experimento, foram utilizados dois balões 
volumétricos de 25 ml, um balão volumétrico de 50 ml, 1 balão volumétrico de 100 ml, 
solução de sacarose a 50% m/V e um béquer de 100 ml. 
 
 A solução a ser preparada pela nossa bancada foi de sacarose 35% m/V, utilizando-se o 
balão volumétrico e a pipeta graduada. Depois, adicionou-se água ao prisma inferior do 
refratômetro de Abbé com o auxílio da pipeta de Pasteur, e foram feitos os ajustes 
utilizando-se o ocular e o compensador, até que a franja colorida desapareça e a linha esteja 
centrada. Através do microscópio de leitura, o índice de refração foi observado e anotado. 
Os procedimentos foram repetidos com soluções de água pura e, posteriormente, com 
sacarose a concentrações de respectivamente 10%, 20%, 25%, 35% - presentes nos tubos de 
ensaio, os quais foram preparados pelos outros alunos nas demais bancadas – e, por último, 
a solução base de 50% m/V. 
Fazendo-se os ajustes necessários e posteriormente a leitura dos dados a tabela a 
baixo foi preenchida para melhor entendimento dos resultados. 
4 – Resultados e discussão: 
Tabela 1: Concentração de sacarose e índice de refração obtido em Refratômetro de Abbé 
Concentraç
ão (% m/V) 
0 10 20 25 35 50 
Índice de 
refração 
1,334 1,342 1,352 1,365 1,365 1,392 
 
Curva de calibração do índice de refração em função da concentração do soluto na solução, 
em papel milimetrado. 
 
As contas para a obtenção do gráfico acima: 
 
 
 
1) Estime o valor do índice de refração da solução de concentração igual a 7%. 
 
2) Estime o valor da concentração de uma solução cujo índice de refração é 1,370. 
 
5 – Conclusão: 
 Os resultados dos índices de refração obtidos experimentalmente revelam que as 
soluções com maior concentração de sacarose possuem um maior índice de refração. No 
vácuo, a refração da luz é igual a 1, portanto, a luz possui maior velocidade na água do que 
possui no vácuo, e tem maior velocidade nas soluções do que na água, aumentando de 
acordo com o aumento da concentração de sacarose. 
6 – Referências bibliográficas: 
LOPES, Eric Barros; AGUIAR, Carlos Eduardo. Um método simples para medir o índice de 
refração de líquidos. XX Simpósio Nacional de Ensino de Física--SNEF , [S. l.], p. 1-6, 25 jan. 
2013. 
MACHADO, Alessandra de C.; CUKLA, Anselmo; CESAR, Daniel F.; AL., et. Óptica e 
Termodinâmica. Grupo A, 2021. 9786556901503. Disponível em: 
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786556901503/. Acesso em: 22 fev. 
2022. 
ATKINS, Peter; PAULA, Julio D. Físico-Química - Vol. 1, 10ª edição. Grupo GEN, 2017. 
9788521634737. Disponível em: 
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634737/. Acesso em: 22 fev. 2022.