POLARIMETRIA E REFRATOMETRIA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA E FÍSICO-QUÍMICA
FUNDAMENTOS DE FÍSICO-QUÍMICA
 
 
 
 
 
 
POLARIMETRIA E REFRATOMETRIA
 
 
 
FORTALEZA
2019
		
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO.............................................................................................. 3-5 
2 DESENVOLVIMENTO.................................................................................. 6
2.1 OBJETIVO GERAL....................................................................................... 6
2.2 MÉTODO EXPERIMENTAL..................................................................... 6 - 7
2.3 RESULTADOS........................................................................................... 7 - 9
3 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES....................................................... 9
REFERÊNCIAS............................................................................................. 10
INTRODUÇÃO
- Polarimetria
Em física, polarização é uma propriedade de ondas eletromagnéticas, elas são tridimensionais e são medidas pela variação do vetor do campo elétrico ao decorrer do tempo. A Polarimetria é a ciência da medição da polarização da luz. Um feixe de luz polarizada ao passar através de uma molécula sofre quase sempre uma pequenina rotação no respectivo plano devido à interação com as partículas carregadas eletricamente da molécula. Dependendo da molécula pode haver um desvio do plano de rotação da luz polarizada. Numa amostra pura de um único enantiômero nenhuma molécula pode servir de imagem da outra; não se produz, portanto, a anulação de rotações de moléculas individuais e o resultado é o aparecimento de uma certa rotação. Na maioria dos compostos, dada a distribuição aleatória do imenso número de moléculas e por cada molécula que a luz encontra existe outra molécula que, pela sua orientação, se apresenta como imagem da primeira num espelho plano, e cujo efeito sobre o feixe luminoso anula exatamente o efeito da primeira molécula resultando numa rotação nula. Por esta razão e por uma questão de padronização, define-se um parâmetro conhecido como rotação específica de uma substância como sendo: [] t D = rotação em graus produzida pela luz plano-polarizada por 1 g de substância dissolvida em 1mL de solução quando o comprimento da célula de amostra é de 1 dm, o comprimento de onda da luz utilizada á a raia D da lâmpada de sódio (589nm) e “t” é a temperatura em graus Celsius no qual foi realizado a medida. Por exemplo, para o (-)-2-bromobutano, [] 25 D = -23,1, significa que se a medida for realizada a 25°C, usando a lâmpada de sódio, uma cubeta de 1 dm e na concentração de 1 g/mL, a rotação será de 23,1 graus no sentido anti-horário. O equipamento utilizado para fazer essa medição é o polarímetro (Figura- 1)
Figura – 1
Figura - 1. A luz introduzida é polarizada em um plano determinado pelo polarizador (A) e depois passa pela solução da substância a ser analisada. Em seguida, esta luz passa através de um novo polarizador (C) deve ser colocado na posição correta para permitir a passagem da luz para o destino (F), o qual tem um sistema que permite rodar sobre um eixo. Graças à lente (D), podemos ler com intensidade luminosa máxima. Se medirmos este ângulo quando o recipiente está vazio e quando o recipiente está cheio com uma substância opticamente ativa, a diferença entre os dois valores nos permite calcular o poder de rotação da solução.
Todos os polarímetros estão equipados com um aparelho óptico que divide o campo em duas ou mais partes adjacentes de modo que, quando o ponto final é alcançado as secções do campo tomam a mesma intensidade (Figura- 2). 
Figura – 2
Figura – 2 . Inversão do aspecto do campo.
- Refratometria
Quando uma luz penetra num liquido ela muda de direção; isto é chamado de refração. O ângulo de refração, medido em graus, indica à mudança de direção do feixe de luz. Um refratômetro obtém e transforma os ângulos de refração em valores de índices de refração (nD). O refratômetro é um instrumento simples que pode ser usado para medir concentrações de soluções aquosas, consumindo apenas umas poucas gotas da solução. Sua aplicação estendesse pelas áreas de alimentos, agricultura, química e em industrias de manufaturados.
O índice de refração é uma propriedade física importante de sólidos, líquidos e gases. A medida de índice de refração pode ser usada para determinar a concentração de uma solução pois o índice de refração dela varia com a concentração.
A escala Brix é calibrada pelo número de gramas de açúcar contidos em 100 g de solução. Quando se mede o índice de refração de uma solução de açúcar, a leitura em percentagem de Brix deve combinar com a concentração real de açúcar na solução. As escalas em percentagem de Brix, apresentam as concentrações percentuais dos sólidos solúveis contidos em uma amostra (solução com água). Os sólidos solúveis contidos é o total de todos os sólidos dissolvidos na água, começando com açúcar, sais, proteínas, ácidos, etc.. A leitura do valor medido é a soma total desses.
O índice de refração varia com a temperatura, com o comprimento de onda de luz e com a quantidade de sólidos dissolvidos em uma solução. 
ni = c/vi = sini/sinr
Para determinarmos o teor de sólidos dissolvidos em uma solução, usamos a refratometria. Entretanto, ao misturarmos dois líquidos puros, o índice de refração da solução resultante depende da composição da mistura. Ao utilizarmos as refrações molares de cada componente, podemos expressar através de uma relação linear.
OBJETIVO
- Polarimetria
Determinar a concentração de substâncias oticamente ativas em amostras de sacarose e outras.
- Refratometria
Investigar os teores de sólidos totais dissolvidos em amostras de sacarose, por refratometria.
MÉTODO EXPERIMENTAL
- Polarimetria
O método utilizado foi o mesmo do roteiro fornecido pelo professor, foi feita a padronização do equipamento com água destilada, pelos seguintes passos:
A lâmpada de sódio foi ligada
O tubo do polarímetro foi enchido com água destilada e colocado no instrumento (Teve-se o cuidado de não deixar bolhas de ar no interior do tubo e de limpar suas faces externamente).
Observou-se a ocular do instrumento de maneira a distinguir nitidamente as linhas que separam as três partes do campo visual do polarímetro. Isso foi feito por meio da movimentação do analisador no sentido horário e anti-horário, até a observação da inversão na iluminação das partes central e laterais do campo visual. Em seguida, o analisador foi novamente movimentado a fim de se obter o ponto do “zero óptico” (Figura – 2). Após a determinação desse ponto, o ângulo encontrado foi anotado para posterior análise, vale lembrar que esse ponto (se tratando de água destilada) deve ser igual a zero (ou 90º).
Após a leitura, o tubo polarimétrico foi esvaziado e ambientalizado com a substância a ser analisada ( no caso foram analisadas soluções de sacarose em diferentes concentrações conhecidas e uma de concentração desconhecida). 
Posterior a ambientalização o procedimento usado para a água destilada é repetido para as demais soluções.
- Refratometria
O prisma de medição e a parte interior do bloco do refratômetro de ABBÉ foram limpos com água destilada. Em seguida depositou-se água destilada no prisma e o bloco foi fechado. Determinou-se a calibração do aparelho (no qual o campo visual do instrumento encontrava-se dividido em duas partes iguais, uma clara e fixa e outra escura e móvel) encontrando o índice de refração bem como o teor de sólidos totais dissolvidos da água destilada. As amostras de sacarose em diferentes concentrações foram manipuladas da mesma maneira que se fez a calibração com água destilada. Realizou -se a leitura do índice de refração e do teor de sólidos totais dissolvidos em cada amostra. Vale ressaltar que foi feita a limpezado prisma e da parte interior do bloco a cada amostra.
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
- Polarimetria
Quando um feixe de luz plano-polarizada e monocromático atravessa a coluna de comprimento L (em unidade de dm) da solução, contendo a substância oticamente ativa (substância capaz de girar o plano da luz polarizada) de concentração c (em unidade de g/mL ou g/cm3 ), a rotação do plano de polarização da luz é dada pela lei de Biot: 
onde é o ângulo de rotação e []ͭλ é uma constante chamada de poder rotatório específico, característico da substância oticamente ativa. Esta constante depende do comprimento de onda e da temperatura t. As vezes []ͭλ é encontrado na literatura como []20D D onde "20" é a temperatura da medição em graus centígrados, "D" é a linha D do espectro de emissão do sódio (598 nm). Tornando possível a determinação da concentração ou da atividade ótica em que a substância se encontra, essa equação foi usada para se obter os dados da (Tabela 1).
Tabela 1. Desvios Angular e Atividade Ótica
	SOLUÇÃO
	DESVIO ANGULAR OBSERVADO,
αobs, º
	DESVIO ANGULAR FINAL, αfº, αf = αobs - αs
	CONCENTRAÇÃO C, (g/cm³)
	Água destilada
	0
	0
	
	Sacarose [20%]
	26,85
	26,85
	0,2123
	Sacarose [10%]
	10,65
	10,65
	0,0842
	Sacarose [5%]
	6,20
	6,20
	0,0490
	Sacarose [desconhecida]
	11,50
	11,50
	0,0909
Com base nesses dados, foi obtido o (Gráfico 1), que mostra quão próxima a concentração da solução desconhecida está das demais soluções de sacarose.
Gráfico 1
Uma das falhas óbvias no polarímetro utilizado é a dificuldade em determinar o ponto final preciso, ou ponto de máxima iluminação. Apesar de o olho humano ser um mau juiz de intensidade absoluta, ele é capaz de comparar as intensidades de dois campos diferentes e vistos simultaneamente com grande precisão. Por esta razão, o ponto final pode ainda ser chamado de "zero óptico". Uma rotação muito pequena do analisador irá tornar uma das partes do campo escura e a outra clara. Este aparelho permite uma precisão de ± 0,01' enquanto que a falta dele permite apenas uma precisão de ± 4 ou 5'.
- Refratometria
Após a leitura, os resultados encontrados para o índice de refração e o teor de sólidos totais dissolvidos foram organizados em tabela, segue na (Tabela 2)
Tabela 2. Índice de refração e sólidos totais dissolvidos
	AMOSTRA
	ÍNDICE DE REFRAÇÃO
	PERCENTUAL DE SÓLIDOS TOTAIS DISSOLVIDOS 
(CONSIDERANDO EQUIVALENTES A GRAUS BRIX - °Bx)
	Água destilada
	1,33
	0
	Sacarose [20%]
	1,36
	18,2
	Sacarose [10%]
	1,35
	9,8
	Sacarose [5%]
	1,34
	5,1
	Sacarose [desconhecida]
	1,34
	7,5
O índice de refração para a água destilada foi de 1,3330 e o teor de sólidos totais dissolvidos ( °Brix) 0% (Tabela – 2). Com base nos resultados pode-se comparar a diferença na refração de acordo com a concentração da amostra, e os resultados obtidos estão de acordo com a literatura, pois o índice de refração diminui a medida que a concentração diminui, confirmando que a amostra está tendo um desvio menor da luz. Assim como também está de acordo o percentual de sólidos totais dissolvidos, que está diminuindo a medida que a concentração da amostra diminui, demostrando que tem menos sacarose (C12H22O11) presente no meio.
CONCLUSÃO
- Polarimetria
Com base nos dados obtidos, foi possível obter a concentração da solução desconhecida, assim como também é possível afirmar que ela está mais próxima da concentração da sacarose [10%]. 
- Refratometria
Os resultados obtidos foram de acordo com o esperado, confirmando a conclusão do experimento de polarimetria e dando mais confiabilidade ao resultado.
REFERÊNCIAS
BARREIRO, E.J. Remédios, dos fármacos e dos medicamentos. Em: B.B. Torres e E.J. Barreiro (Eds.). Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola (Química de Fármacos), n. 3, p. 4-9, 2001
LIMA, V.L.E. Os fármacos e a quiralidade: Uma breve abordagem. Química Nova, v. 20, p. 657-663, 1997
Skoog, D. A; W est, D. M.; Holler, F. J.; Crouch, S. Fundamentos de Química Analítica. 8ª ed., Thomson: São Paulo, 2007. 1124 pp.