Medição da Refração Molar de Grupos Químicos

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Densidade de um sólido
Felipe Marques da Silva
Curso de Química Tecnológica, Turma PF2, Prof. Bernardo Lages
Belo Horizonte, 04 de maio de 2015.
	
	Universidade Federal de Minas Gerais
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Química
Introdução
	Existem muitos fenômenos que acontecem a nossa volta, entender o seu funcionamento ajuda o ser humano a desenvolver formas de viver melhor. Dentre os inúmeros fenômenos que acontecem na natureza a refração é um dos fenômenos estudado pela físico-química.
	Sabemos que tudo o que vemos é devido à interação dos objetos e a luz, no qual a luz incide nos objetos que por sua vez é refletida e captada por um instrumento, como por exemplo, nossos olhos. A grosso modo, nossos olhos captam a luz que é refletida dos objetos e dessa forma conseguimos ver.
	A luz é composta de ondas eletromagnéticas e ela pode sofrer alterações devido à mudança de meio em que ela se propaga. Ao mudar de um meio para o outro a luz pode sofrer mudanças nas suas características; tais como: direção, intensidade, polarização, propagação e na sua velocidade. A refração é a mudança ocorrida na velocidade da luz ao mudar de um meio em que ela esta se propagando para o outro. Como exemplo pode-se citar o canudo que esta em um copo com água e que parece estar “quebrado” assim que passa pela superfície da água. Esse fenômeno que acontece com o canudo é a refração da luz ao mudar de um meio de propagação, o ar, e ir para outro meio, a água.
Imagem 1: O canudo parece estar “quebrado” ao passar do ar para água, isso acontece porque a luz esta sofrendo uma mudança em sua velocidade devido a mudança do meio em que ela esta se propagando. Esse fenômeno é chamado de refração
. 
	A refração acontece devido à natureza eletromagnética que a luz possui que faz com que ela interaja com a matéria. O campo magnético da luz interage com os elétrons do meio por onde ela se propaga, sendo então que se pode deduzir que a refração irá aumentar de acordo com o aumento da quantidade de eletros que um meio possui em relação a outro meio. Isso pode ser verificado no exemplo anterior, pois a água possui uma densidade muito maior que o ar, dessa forma, suas moléculas estão muito mais próximas e, portanto seus elétrons estão muito mais juntos que os elétrons do ar. Portanto a luz que se propaga pelo ar sofre uma alteração na sua velocidade ao se propagar pela água devido à interação com os elétrons da água que numa determinada região de espaço é imensamente maior que a quantidade de elétrons do ar. Pode-se encontrar o quanto uma determinada substância altera a velocidade da luz em comparação com outra substância padrão. Esse valor é chamado de índice de refração e é diretamente ligada a densidade da substância. O índice de refração é também dependente da temperatura, da pressão, da natureza da substância e do comprimento de onda da luz. Quando se trata de soluções o índice de refração também depende da concentração, dessa forma o índice de refração é utilizado como parâmetro de pureza e para determinação de concentrações. A refração específica pode ser determinada através da equação abaixo:
	Em que n é o índice de refração e ρ é a densidade da mesma. A refração molar é, aproximadamente, a soma das refrações molares de um dado grupo, sendo ela uma propriedade aditiva, intensiva e constitutiva e pode ser determinada multiplicando a refração específica pela massa molar (MM) da substância:
	Para a medição do índice de refração utiliza-se comumente um refratômetro, sendo o mais utilizado o refratômetro de Abbe.
Objetivo
Calcular a refração molar dos grupos metileno (CH2) e oxidrila (OH). Construir u
A curva padrão do índice de refração, em função da concentração de um componente em uma mistura binária.
Material
	Refratômetro de Abbe, pipetas ou conta gotas, tubos de ensaio, etanol, metanol P.A, etanol P.A, 1-propanol P.A, 1-butanol P.A, n-hexano P.A, misturas de ciclohexano e 2-propanol de concentrações conhecidas
Procedimento
Cálculo da refração molar dos grupos, CH2, OH e H
Inicialmente nos inteiramos do funcionamento do refratômetro, do seu funcionamento e dos seus ajustes.
	Assim, fizemos as medidas de refração do metanol, do etanol, do 1-propanol, 1-butanol e do n-hexano. De posse da medida de refração foi calculado a refração molar. Os valores estão na tabela 1.
Tabela 1: Valores da massa mola (MM), densidade (ρ), índice de refração (n) e refração molar (rM).
	
	MM(gmol-1)
	ρ (gcm-3)
	n
	rM
	CH3OH
	32,04
	0,7961
	1,3390
	8,413
	etOH
	46,07
	0,7891
	1,3815
	12,93
	1-propanol
	60,09
	0,8040
	1,3842
	17,48
	1-butanol
	74,12
	0,8098
	1,3980
	22,09
	n-hexano
	86,17
	0,6603
	1,3898
	30,11
Para determinar a refração molar do grupo CH2 podemos subtrair o valor da refração molar do etanol do metanol, sendo:
rMch2 = 12,93 – 8,413 = 4,517
Pode-se fazer o mesmo processo para determinar a refração molar do OH; subtraímos duas vezes a refração molar do 1-propanol da refração molar do n-hexano e dividimos por dois, portanto:
 A determinação da refração molar do grupo H pode-se somar as frações molares do OH e do CH2 e subtraí-las da refração molar do CH3OH, sendo assim:
rMH = 8,413 – 2,425 - 4,517 = 1,471
Determinação da fração molar da substância X através da análise gráfica
Com o auxílio do refratômetro medimos o índice de refração das amostras fornecidas, os valores foram inseridos na tabela 2:
Tabela 2: Índice de refração n medidos no refratômetro e sua respectiva fração molar x.
	x
	N
	0,0
	1,3765
	0,1
	1,3777
	0,2
	1,3845
	0,3
	1,3780
	0,4
	1,3855
	0,5
	1,3925
	0,6
	1,4041
	0,7
	1,4085
	0,8
	1,4135
	0,9
	1,4200
	1,0
	1,4250
	Com os dados da tabela 2 foi plotado um gráfico 1, que esta em anexo.
A medida do índice de refração da amostra X é de 1,4041 e pode-se ver que sua fração molar correspondente é de 0,6.
Conclusão
	Foi possível a interação, de forma prática, da utilização do refratômetro e de como medir o índice de refração. Com a utilização das equações foi possível determinar as respectivas refrações molares. 
Foi possível, através de análise das fórmulas químicas das substâncias trabalhadas, determinar a refração molar dos grupos, CH2, OH e H. Na tabela 3 é possível ver os valores encontrados experimentalmente, os valores esperados e a porcentagem em erro.
	Grupo
	rM experimental
	rM esperado
	% erro
	CH2
	4,517
	4,62
	2%
	H
	1,471
	1,10
	33%
	OH
	2,425
	2,63
	7%
Vemos que os valores foram próximos para o CH2 e para o OH, porém o valor da refração molar do H ficou fora do esperado. Os erros podem ter sido provenientes do não controle do ambiente ou de algum erro de utilização do refratômetro; a temperatura, na qual o índice de refração é dependente também não teve controle. A soma desses fatores pode resultar nos erros encontrados.
 Através de um conjunto de dados pré-conhecidos pode-se determinar através do índice de refração medido da amostra X o valor correspondente de sua fração molar. Isso mostra de forma prática que uma análise do índice de refração pode e é utilizado como forma de medir a concentração de uma determinada substância e consequentemente a sua pureza. Com a análise do gráfico vê-se que o índice de refração das amostras de fração molar 0,2 e 0,3 estão fora da curva. Ao observarmos os dados obtidos vemos que há uma linearidade crescente entre a fração molar e o índice de refração, dentro dessa perspectiva os pontos parecem estar invertidos, ou seja, o índice de refração da amostra 0,2 é na verdade de uma amostra de 0,3 e a de 0,3 é de uma amostra de 0,2.