FQ P8 Refratometria de soluções liquidas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA – MG
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
QUI 150 P – FÍSICO-QUÍMICA I PRÁTICA
RELATÓRIO DE FÍSICO-QUÍMICA I
PRÁTICA 8 – REFRATOMETRIA DE SOLUÇÕES LÍQUIDAS
		 
 			 Luís Felipe Rosalvos 86839	
Lucas Alfredo 83427
Raíssa Andrade 81788
Isabela Paes 81803
MAIO/2016
1. OBJETIVOS
	Determinar o índice de refração dos grupos metileno (=CH2), radical (-H) e oxidrila (-OH), por diferença dos índices de refração de uma série de álcoois (metanol, etanol, 1-propanol, 1-butanol) e um hidrocarboneto (hexano). Construir um gráfico do índice de refração, em função da concentração, para a solução de acetona e clorofórmio. E a partir do gráfico da solução binária anterior calcular a concentração da solução problema apresentada. 
2. INTRODUÇÃO
Quando se passa um raio monocromático de um meio transparente para outro, este raio é refratado. Nesta mudança de meios a frequência da onda luminosa não é alterada, embora sua velocidade e o seu comprimento de onda sejam.Com a alteração da velocidade de propagação ocorre um desvio da direção original do raio.
	A razão n, dos senos dos ângulos de incidência e de refração, é constante somente sob um dado conjunto de condições, e igual a razão das velocidades da luz nois dois meio por onde passa o raio.
		n=
senθ1= ângulo de incidência 
senθ2= ângulo de refração
Temos então a lei de Snell e n é o índice de refração do meio de refração em relação ao meio de incidência. O ângulo θ1 é proporcional ao ângulo θ2, a medida que se aumenta θ1 tem um aumente de θ2 (figura1.).
	Onde:
Raio 1 é o raio incidente, com velocidade e comprimento de onda característico;
Raio 2 é o raio refratado, com velocidade e comprimento de onda característico;
A reta tracejada é a linha normal à superfície;
O ângulo formado entre o raio 1 e a reta normal é o ângulo de incidência;
O ângulo formado entre o raio 2 e a reta normal é o ângulo de refração;
A fronteira entre os dois meios é um dioptro plano.
O ângulo θ2 atinge seu valor máximo referente ao ângulo critico quando o raio de luz incidente for horizontal, θ1 = 90º. (figura2.)
O índice de refração para o ângulo critico é uma constante característica de cada substância. Considerando V1, como sendo a velocidade da luz no vácuo, sendo ela portanto máxima, e visto que o índice de refração está relacionado com a polarizabilidade das moléculas, induzida pela luz incidente. A oscilação das moléculas que foram irradiadas acaba por retardar a velocidade da luz que se propaga, V2.
Usualmente escolhe o ar como meio de referência, e para obter o valor real do índice de refração da substancia de prova, deve-se multiplicar o seu índice de refração pelo índice de refração do ar, que é 1,0003, obtido pela relação v2/v2, para λ=589 nm, da luz amarela de sódio, no ar a 20ºC e a 1 atm de pressão.
O índice de refração portanto depende da temperatura, da pressão, da natureza da substância e do comprimento de onda da luz (λ). Tratando-se de uma solução, o índice de refração depende também de sua concentração. Consequentemente é usado para identificar substâncias puras e para determinar a concentração de soluções binárias.
A refração especifica R de uma substância é definida pela equação de Lorentz-Lorenz: 
d= densidade
	A refração especifica é praticamente independente da temperatura e da pressão, e depende somente, da natureza da substância e do comprimento de onda (λ) da radiação.
	A refração molar de um dada substância é obtida pela equação:
				RM = R M	(m3/mol)
Em que R é a refração especifica e M a massa molar da substância. 
	A refração molar de uma substância é aproximadamente igual a soma das refrações molares de seus grupos eletrônicos. Sendo portanto, possível calcular a refração especifica ou molar de átomos, radicais e ligações.
	A refração de uma substância binária (A,B) é composta pela soma da contribuição de cada compenente:
			 RA,B = XARA + XBRB
Sendo XA,XB: Frações molares de A e B, respectivamente:
Sendo: nA,B , DA,B: índice de refração e densidade d mistura.
3. METODOLOGIA
3.1. Reagentes e equipamentos
Refratômetro de Pulfrich (figura3.);
02 conta gotas e um béquer de 25 ml;
Pipeta graduada de 1 ml;
07 tubos de ensaio;
Metanol, etanol, 1-propanol, 1-butanol e hexano;
Acetona e clorofórmio.
Figura 3. Refratômetro de Pulfrich
4. TÉCNICA EXPERIMENTAL
	Medir o índice de refração do metanol, etanol, 1-propanol, 1-butanol e hexano, além de diferentes concentrações de acetona-clorofórmio, regulando o ângulo do prisma até a visualização do ponto crítico (Figura4.). O refratômetro de Pulfrich fornece um campo visual dividido em duas partes, uma clara e fixa e outra escura e móvel (que pode até cobrir totalmente a parte clara). Girando-se o sistema de prismas, consegue-se colocar a interface de separação entre as partes clara e escura no cruzamento das linhas perpendiculares. Feito isto, faz-se a leitura do índice de refração na escala do equipamento.
 
 	Figura 4. Interface de separação que indica o índice de refração da sustância.
5. TRATAMENTO DE DADOS EXPERIMENTAIS
Com os valores dos índices de refração dos álcoois e do hexano, e com as densidades obtidas na literatura nas condições laboratoriais, calcula-se as refrações específicas e molares de cada substância.
A Tabela 1 apresenta a refração específica (R) calculada por meio das equações abaixo e dos obtidos experimentalmente, bem como o erro (%) correspondente:
	RM = R M	(m3/mol) e
	Amostra
	 ρ
g/cm3
	Índice de refração (experimental)
	Refração especifica (experimental)
 cm3/g
	Índice de refração (tabelado)
	Refração especifica (tabelada)
 cm3/g
	Erro Calculado (%)
	Metanol
	 0,793
	1,323
	0,2522
	1,326
	0,2544
	0,23
	Etanol
	 0,789
	1,356
	0,2769
	1,359
	0,2790
	0,22
	1-propanol
	 0,803
	1,378
	0,2871
	1,383
	0,2905
	0,36
	1-butanol
	 0,810
	1,3905
	0,2929
	1,397
	0,2973
	0,47
	Hexano
	 0,655
	1,3715
	0,3466
	1,444
	0,3470
	
	A Tabela 2 apresenta a refração molar calculada por meio dos valores de refração específica ideal e do experimental, bem como o erro (%) correspondente:
	Amostra
	M (g/mol)
	Refração Molar (Tabelada) 
(10-6) m3/mol
Ou cm3/mol
	Refração Molar (Experimental)
(10-6) m3/mol
Ou cm3/mol
	Erro Calculado (%)
	Metanol
	32,042
	8,151
	8,080
	0,87
	Etanol
	46,068
	12,853
	12,756
	0,75
	1-propanol
	60,094
	17,458
	17,253
	1,17
	1-butanol
	75,128
	22,036
	21,710
	1,48
	Hexano
	86,172
	29,904
	29,869
	0,12
A refração molar do grupo metileno (=CH2) é dada através da diferença entre as refrações molares de dois álcoois que diferem por um grupo =CH2. Desse modo, é possível obter três resultados, que permitem calcular o valor médio de RM (=CH2).
Refração molar do metileno:
RM (etanol) - RM (metanol) = 4,675
RM (1-propanol) - RM (etanol) = 4,497
RM (1-butanol) - RM (1-propanol) = 4,752
Logo, tem-se que RM (=CH2) = 4,641
O valor encontrado na literatura padrão é 4,647, então o erro (%) será: 0,1219 % 
Da refração molar do Hexano e a partir do valor calculado para =CH2, calcula-se a refração molar do radical -H, pela equação:
RM (-H) = ½ (RM (n-hexano) – 6 RM (=CH2))
RM (-H) = 1,0105
O valor encontrado na literatura padrão é 1,028, logo o erro (%) será: 1,702%
Subtraindo-se da refração molar de um álcool a refração molar dos grupos (=CH2)e(-H), é obtida a refração molar do grupo hidroxila (-OH). Com os resultados encontrados calcula-se o valor médio de RM (-OH).
RM (-OH) (metanol) = RM (metanol) – 1 RM (=CH2) - RM (-H) = 2,429
RM (-OH) (etanol) = RM (etanol) – 2 RM (=CH2) - RM (-H) = 2,463
RM (-OH) (1-propanol) = RM (1-propanol) – 3 RM (=CH2) - RM (-H) = 2,319
RM (-OH) (1-butanol) = RM (1-butanol) – 4 RM (=CH2) - RM (-H) = 2,431
Logo: RM (-OH) = 2,410
O valor encontrado na literatura padrão é 2,553, então o erro (%) será: 5,586%A partir dos índices de refração medidos para as soluções acetona-clorofórmio, construiu-se um gráfico de índice de refração versus % V/V em clorofórmio. A partir dessa curva padrão, determinou-se a concentração da solução-problema e este resultado foi transformado em fração molar (clorofórmio) e molaridade (clorofórmio).
O índice de refração obtido na análise da solução problema foi de n = 1,395. E a partir da função apresentada no gráfico montado acima, tem-se que a porcentagem de clorofórmio presente na solução-problema foi de aproximadamente 58,0%. 
Através de cálculos manipulando a equação e encontra-se, portanto, os valores de fração molar de Xcloroformio = 0,5583 e Xacetona = 0,4417. 
	A concentração (molaridade) obtida de clorofórmio foi C = 7,23 mol/L e a de acetona foi de C = 5,72 mol/L.
6. CONCLUSÃO
É possível concluir que a prática é, de fato, muito efetiva na determinação dos índices de refração, das refrações específicas e das refrações molares, já que quando o cálculo desses valores foram comparados aos da literatura o erro foi menor que 1,5% - o que indica muita precisão-. Em relação a análise da solução problema proposta foi descoberta sua composição em relação as proporções de acetona e clorofórmio utilizando os valores exatos, obtidos por meio do refratômetro de Pulfrich, com os quais foi possível a construção do gráfico e a realização de uma regressão linear para determinação da equação da reta.
7. QUESTIONÁRIO
1.
 é a Lei de Snell Descartes, sendo utilizada para determinar a direção dos raios luminosos quando incididos em dois meios diferentes. O aumento do ângulo refratado varia de acordo com o aumento do ângulo de incidência, atingindo um valor máximo: ângulo crítico, em que θi é igual a 90º. Nesse caso, o índice de refração é uma constante n específica para cada substância. 
2. O índice de refração é a divisão entre a velocidade da luz no vácuo pela velocidade da luz no meio, dada por: . A velocidade de propagação da luz pelo meio em que é calculado o índice de refração é o aspecto físico mais relevante da determinação. 
3. A velocidade de propagação da luz no vácuo, que é velocidade em que a luz se propaga com maior velocidade (3,0 x 108). E a velocidade com que a luz se propaga em um determinado meio. Dessa forma, o índice de refração é maior que 1, pois a propagação da luz em um meio é sempre menor que no vácuo.
4. 
5. A variável da luz que define o índice de refração é a velocidade com que ela se propaga em cada meio. Sua unidade no sistema internacional é m/s, logo o índice de refração (n) é uma medida adimensional. 
6. Se a refração específica é dada por: 
 
Refração molar definida por: RM = R x M
 E sendo a refração molar de uma substância binária composta por: RA,B = XARA +XBRB, logo RA,B = XAMA+XBMB. Substituindo na equação de Lorentz-Lorenz, temos: 
.
8. Dada a equação de Lorentz-Lorenz, que determina a refração específica a partir de: 
, obtermos a equação de refração molar definhada por RM = R x M. 
Substituindo a equação da refração molar na que se obtém refração específica, podemos determinar a refração molar por meio de: .
8. REFERÊNCIAS
ATKINS, P., PAULA, J. Físico-Química. São Paulo: LTC, v.1, 2003.
CASTELLAN, G. Fundamentos de Físico-química. Rio de Janeiro: LTC, v.1, 1986.
ALDRICH Handbook.
CUEVAS, G. E. C. Caderno de Práticas: Físico-Química.