SISTEMA TERNÁRIO – EQUILÍBRIO LÍQUIDO-LÍQUIDO

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MEDIDAS DE ÍNDICES DE REFRAÇÃO
INCONFIDENTES – MG
2017
MEDIDAS DE ÍNDICES DE REFRAÇÃO
Relatório apresentado ao curso de Engenharia de Alimentos do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Sul de Minas / Inconfidentes como pré-requisito para aprovação na disciplina de Físico-Química I.
Professor: Dsc. Alison Geraldo Pacheco.
INCONFIDENTES – MG
2017
EQUIPE TÉCNICA
Brenda Sobreiro Barbosa
Isabela Christina Cézar
Otávio Augusto Guidini
Rafael Júnior de Andrade
Raquel Coldibelli Ribeiro
Suzara Rayanne Ferreira Soares
Taynara Michelli Rodrigues Souza
RESUMO
O experimento consistiu na refração – fenômeno físico-químico em que a mudança na direção de uma onda ao atravessar a fronteira entre dois meios com diferentes índices de refração – do Hexano sobre o Diclorometano. Depois de realizar todos os procedimentos observou-se que o índice de refração para soluções líquidas binárias formadas pelas misturas, apresenta alterações com a variação da concentração e temperatura.
	
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO..............................................................................................03
OBJETIVO.........................................................................................................06
2. MATERIAIS E REAGENTES........................................................................06
3. METODOLOGIA............................................................................................07
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO....................................................................07
5. CONCLUSÃO................................................................................................12
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................12
INTRODUÇÃO
Refração
Quando um feixe de luz incide em uma superfície líquida é refletido por esta e desviado (isto é refratado), ao penetrar na água. O feixe incidente é representado por uma reta única, o raio incidente, paralelo ao sentido de propagação. Supondo que o feixe incidente seja uma onda plana, com as frentes de onda normais ao raio incidente. Os feixes, refletido e refratado, são também representados pelos raios respectivos. 
Os ângulos de incidência θ, de reflexão θ' e o de refração θ'' são medidos entre a normal à superfície (que é o plano perpendicular ao plano de incidência) e o raio correspondente, como mostra a figura.
Figura 1. Refração - Representação da propagação da luz em dois meios e seus respectivos ângulos de formação.
As leis que governam a reflexão e a refração são de fácil constatação experimental.
1º Os raios refletidos, refratados e incidente pertencer a um mesmo plano.
2º Na reflexão o ângulo de incidência tem mesmo valor que o ângulo de reflexão.
Assim: θ = θ'
3º Para a reflexão temos que:
Senθ senθ′ = n2 n1
Onde n2 é uma constante, chamada índice de refração do meio 2 em relação ao meio 1.
A refração da luz depende diretamente do comprimento de onda, assim foi possível para Newton mostrar o espectro da luz utilizando um prisma.
A lei da reflexão já era conhecida por Euclides. A da refração foi descoberta por Willebrod Snell (1591-1626) e deduzida da primitiva teoria corpuscular da luz por René Descartes (1596-1650), é conhecida como Lei de Snell-Descartes.
Para alisarmos um pouco de física moderna: As leis de reflexão e refração podem ser deduzidas das equações de Maxwell, o que significa que devem ser válidas em todas as regiões do espectro magnético. Existe uma ampla comprovação experimental desta teoria, sendo que sempre seu comportamento é perfeitamente satisfatório para a teoria adotada.
Índice de refração
Quando estamos do lado de fora de uma piscina, ela parece ser mais rasa do que realmente é. Isso ocorre por um fenômeno físico chamado refração. Sendo assim, podemos dizer que refração é o nome dado ao fenômeno que ocorre quando a luz, ao passar de um meio de propagação para outro, sofre uma variação rápida em sua velocidade de propagação.
Quando estudamos a refração com a intenção de considerar a variação na velocidade de propagação da luz, estamos definindo, para os meios homogêneos e transparentes, um número denominado índice de refração.
Sendo assim, podemos definir o índice de refração, que é representado pela letra n, de um meio para uma dada luz monocromática, como sendo o quociente entre a velocidade de propagação de um raio de luz no vácuo (c) e sua velocidade de propagação no meio onde está sendo estudado. Assim, matematicamente temos:
Onde c é a velocidade da luz no vácuo e v é a velocidade da luz no meio considerado.
Temos que lembrar algumas características a respeito do índice de refração, são elas:
- o índice de refração é uma grandeza adimensional, isto é, não possui unidade de medida.
- qualquer meio material deve ter um índice de refração maior do que 1.
- o índice de refração de determinado meio indica quantas vezes a velocidade da luz no vácuo é maior do que naquele meio.
- quando comparamos meios ópticos transparentes, é comum utilizar o termo refringência, portanto dizemos que o meio A é mais refringente que o meio B.
- o índice de refração do vácuo, por hipótese, é igual a 1.
- índice de refração absoluto é inversamente proporcional à velocidade de propagação da luz no meio, isto é, quanto menor for a velocidade de propagação da luz, maior será o índice de refração do meio.
- o índice de refração de um meio material depende da cor da luz monocromática.
O índice de refração pode ser usado para determinar a concentração de materiais, estabelecer a identidade e a pureza de um composto químico e como uma ajuda valiosa para provar a estrutura de um composto. O uso mais comum é a determinação da concentração de açúcar em um fluido, também conhecido por índice de Brix, em frutas, doces preparados, mel e outros alimentos. 
O índice de refração, em conjunto com a densidade, pode servir como uma valiosa ajuda para provar a estrutura de um novo composto através do uso da refratividade específica (r) a qual é definida pela equação Lorentz- Lorentz: 
Para compostos simples, a soma das refrações dos grupos é a refração molar (Rm) do composto com razoável exatidão. 
 Rm=r.M (cm3) M = Massa molar da espécie
Aparecem algumas dificuldades em compostos com duplas ligações conjugadas que possuem refração maior que a esperada. Rm independe da temperatura ou estado físico e fornece uma medida aproximada do volume total (sem espaços livres) de um mol de moléculas. A determinação da refração específica pode ser comparada com a calculada a partir de considerações estruturais. 
A refração molar depende do número e da natureza dos átomos presentes, e também das características das ligações. A contribuição das duplas e triplas ligações à refração é encontrada a partir das refrações de eteno e etileno. Nestas ligações, os pares eletrônicos nas ligações estão mais fracamente ligados em comparação com os de uma ligação simples. Grupos incluindo oxigênio mostram que a refração depende do modo de ligação do oxigênio. A refração, que inclui dois pares de elétrons do oxigênio, bem como os pares de elétrons de ligação, é diferente para cetonas, éteres e álcoois.
OBJETIVOS 
Utilização de técnicas de refratometria e para obtenção de propriedades físico-químicas de substâncias puras e misturas binárias de líquidos.
MATERIAIS E REAGENTES
Materiais
Refratômetro tipo Abbe;
Pipeta;
Algodão;
Balão volumétrico;
Reagentes
Hexano
Diclorometano
METODOLOGIA
A princípio verificou-se se as vidrarias estavam limpas e secas, posteriormente pesaram-se os balões vazios.
Foram preparadas quatro misturas de Hexano e Diclorometano de 50 mL nas proporções indicadas na tabela 1. Pesaram-se os balões com as soluções preparadas.
Tabela 1. Representação das proporções de reagentes utilizados para a preparaçãodas misturas.
	MISTURA
	HEXANO
	DICLOROMETANO
	1
	20%
	80%
	2
	40%
	60%
	3
	60%
	40%
	4
	80%
	20%
Fonte: Autoral
Mediu-se a refração dos componentes das misturas primeiramente separados por meio de um Refratômetro tipo Abbe e posteriormente mediu-se a refração das soluções preparadas. Sendo medido 3 vezes cada um.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Por meio da prática experimental, foram obtidos os seguintes resultados.
	Tabela 2 - Densidade de líquidos puros e respectivas massas molares
	Líquido
	T (°C)
	Densidade (g/cm-³)
	Massa Molar (g.mol-1)
	A - Hexano
	23,1
	0,66
	86
	B - Diclorometano
	23,4
	1,3154
	85
	Tabela 3 - Índice de refração, n, e refratividade molar para componentes puros
	Líquido
	1ª medida
	2ª medida
	3ª medida
	Média
	RM (mol/cm³)
	A - Hexano
	1,3904
	1,3902
	1,3899
	1,3902
	30,9008
	B -Diclorometano
	1,3749
	1,4181
	1,4180
	1,4037
	15,7935
	Tabela 4 - Massa dos balões e densidade das misturas
	Mistura
	Balão Vazio (g)
	Balão Cheio (g)
	Massa (g)
	Densidade
(g/mL)
	20%
	22,671 (25 mL)
	52,449
	29,778
	1,1911
	40%
	26,944 (50 mL)
	80,272
	53,328
	1,0666
	60%
	47,802 (50 mL)
	94,546
	46,744
	0,9349
	80%
	38,759 (50 mL)
	78,481
	39,722
	0,7944
	Tabela 5 - Frações Molares
	Misturas
	Xhexano
	Xdiclorometano
	0 %
	0
	1
	20 %
	0,111
	0,889
	40 %
	0,248
	0,752
	60 %
	0,427
	0,573
	80 %
	0,665
	0,335
	100 %
	1
	0
	Tabela 6 - Índice de refração, n, para o sistema hexano(A)-diclorometano(B) e refratividade molar aparente
	Mistura
	Composição
(mL)
	1ª medida
	2ª medida
	3ª medida
	Média
	RMA (mol/cm³)
	T (°C)
	
	A
	B
	
	
	
	
	
	
	20%
	10
	40
	1,4073
	1,4001
	1,4089
	1,4054
	17,3014
	23,9
	40%
	20
	30
	1,3871
	1,3831
	1,392
	1,3874
	18,8672
	24,1
	60%
	30
	20
	1,3891
	1,3914
	1,3953
	1,3919
	21,7976
	24,3
	80%
	40
	10
	1,3892
	1,3884
	1,3886
	1,3887
	25,5213
	24,4
Tabela 7 - Fração Molar do Hexano
	Misturas
	Índice de Refração (n)
	Fração Molar hexano (Xhexano)
	0 %
	1,4037
	0
	20 %
	1,4054
	0,111
	40 %
	1,3874
	0,248
	60 %
	1,3919
	0,427
	80 %
	1,3887
	0,665
	100 %
	1,3902
	1
Gráfico I. Índice de refração, n, em função da fração molar do hexano (Xhexano), no sistema hexano-diclorometano
Tabela 8 – Valores das Refratividades Molares e Aparentes das substâncias e Frações molares do Hexano 
	Misturas
	Refratividades Molares (RM) e Refratividades Aparentes (RMA)
	Fração Molar hexano (Xhexano)
	0 %
	15,7935
	0
	20 %
	17,3014
	0,111
	40 %
	18,8672
	0,248
	60 %
	21,7976
	0,427
	80 %
	25,5213
	0,665
	100 %
	30,9008
	1
Gráfico II. Refratividades Molares (RM) e Refratividades Aparentes (RMA) em função da fração molar do hexano (Xhexano), no sistema hexano - diclorometano.
Com base nos resultados obtidos experimentalmente e nos gráficos construídos a partir deles, podemos fazer uma comparação nos índices refração dos componentes puros e nas suas respectivas misturas e em diferentes proporções, no entanto há uma limitação no que diz respeito à identificação dos componentes das misturas por conta dos valores representados nas curvas do gráfico I, não corresponderem ao encontrado na literatura para identificação. No gráfico II, chegamos a algo próximo de uma edificação, mesmo assim sendo algo incerto de identificação.
CONCLUSÃO
A partir do presente estudo, foi possível inferir que o índice de refração para soluções líquidas binárias formadas por Hexano e Diclorometano, apresenta alterações com a variação da concentração e temperatura. Essas alterações ocorrem devido à interação entre as moléculas.
 Segundo Galvão (2015) para uma mesma concentração, a intensidade das interações intermoleculares diminui com o aumento da temperatura, para as soluções, consequentemente, o índice de refração também diminui, devido ao aumento da velocidade da luz no meio.
É possível concluir que o índice de refração para soluções líquidas binárias, apresenta alterações com a variação da fração molar.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
GALVÃO, A. C. ROBAZZA, W. DA S. SILVA, I. R. ALMEIDA, C. M. Estudo do índice de refração de soluções líquidas binárias formadas por álcool e água em diferentes temperaturas. Revista do Centro de Ciências Naturais e Exatas – UFSM. Ciência e Natura, Santa Maria, v. 37, n. 4 set-dez, 2015, p.641-650. ISSN impressa: 0100-8307 ISSN on-line: 2179-460X
Medindo o índice de refração de líquidos usando o conceito de difração da luz. Física na Escola, v. 8, n. 1, 2007 Disponível em: http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:jAzf2FAjEZQJ:www1.fisica.org.br/fne/edicoes/category/18-volume-08-n-1-maio%3Fdownload%3D148:medindo-o-indice-de-refracao-de-liquidos-usando-o-conceito-de-difracao-da-luz+&cd=5&hl=pt-BR&ct=clnk&gl=br Acesso em: 15/11/2017
USP. PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DE MISTURAS BINÁRIAS DE LÍQUIDOS (REFRATOMETRIA, DENSIDADE). Disponível em: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/331252/mod_resource/content/2/PropFQ.pdf Acesso em: 15/11/2017