Refractometrie

REFRACTOMETRIE

GENERALITATI

Refractia este fenomenul de schimbare a directiei de deplasare a unei raze luminoase atunci când se trece dintr-un mediu în altul (Fig. 1). Fenomenul este caracterizat de legea sin a / sin b = n. Indicele de refractie n este independent de unghiul de refractie sau de incidenta. El depinde numai de natura celor doua medii, de lungimea de unda a luminii folosite, de presiune si de temperatura.

La solutii, indicele de refractie depinde si de concentratia solutiei. Acest fapt poate fi folosit pentru determinarea concentratiei unei solutii de compozitie necunoscuta. În acest scop se determina indicele de refractie al solutiei la diferite concentratii sise traseaza curba n = f(c). Pentru o solutie de concentratie necunoscuta, determinându-i indicele de refractie si folosind curba n = f(c), îi putem afla concentratia.

Folosind indicele de refractie se obtin indicatii despre structura unor substante. Pentru aceasta se foloseste marimea denumita refractie moleculara, definita prin relatia:

RM = (1)

unde: M - masa molara, d - densitatea, g/cm3, n - indicele de refractie.

RM nu depinde de temperatura, de presiune sau de starea de agregare a substantei. Deci, este o marime care caracterizeaza exclusiv structura moleculei. Empiric s-a gasit ca refractia moleculara este suma refractiilor atomice plus refractiile introduse de unele legaturi nesaturate etc. Valorile gasite empiric pentru refractiile atomice si de legatura se dau în tabelul 1, pentru lungimea de unda a liniei galbene din spectrul Na.

Tabelul 1 Refractii atomice si de legatura

Componenta R Componenta R

C 2.418 N în amina primara 2.322

H 1.100 N în amina secundara 2.502

O în carbonil 2.211 N în amina tertiara 2.840

O în hidroxil 1.325 S în mercaptani 7.690

O în eter 1.643 CN 5.459

Cl 5.967 C=C legatura etilenica 1.733

Br 8.865 C=C legatura acetilenica 2.398

I 13.900

De exemplu, dupa aceste reguli, acetona ar trebui sa aiba refractia moleculara:

RM = 3RC + 6RH + RO în carbonil = 3´2.418 + 6´1.100 + 2.211 = 16.065

Calculând RM pe aceasta cale si comparând cu valoarea determinata experimental, se poate verifica daca molecula de structura presupusa este corecta.

Indicii de refractie ai amestecurilor se pot calcula (aproximativ) din indicii de refractie ai componentilor puri folosind diferite ecuatii, dintre care cea mai simpla este ecuatia Arago-Biot:

(2)

este indicele de refractie al componentului pur si - fractia volumetrica.

Principiul de functionare al refractometrului Abbé

Refractometrul Abbé care va fi folosit pentru determinari, se bazeaza pe urmatoarea observatie: daca se trimit mai multe raze luminoase dintr-un mediu mai putin dens într-un mediu mai dens astfel încât ele sa fie convergente într-un punct (Fig. 2), atunci o parte din spatiul în care se afla mediul cel mai dens va fi inaccesibil razelor de lumina.

În zona hasurata din Fig. 2 nu va putea patrunde nici o raza, deci, privind din punctul O aceasta zona va fi întunecata. Unghiu a se numeste unghi limita si, deoarece pentru raza 5 vom avea sin a = 1 (a - unghi de incidenta), vom avea n = 1/sin b. Determinând unghiul limita vom determina indicele de refractie. Pe aceasta metoda se bazeaza în refractometrul Abbé.

Piesa principala este formata din doua prisme între care se pune o pelicula de lichid de studiat. Un sistem cu o oglinda si o lentila trimite razele prin prisme si stratul de lichid. Rotind prismele se poate ajunge la atingerea unghiului limita, deci în ocular vom vedea o zona întunecata si una luminata. Aparatul este astfel construit încât, rotind prismele pâna când limita de separatie dintre zona întunecata si cea luminoasa trece prin centrul crucii formata de firele de paianjen din ocular, unghiul de rotatie sa fie egal cu unghiul limita. Acesta este legat prin relatia anterioara de n. Scala care masoara unghiul de rotatie este astfel gradata încât sa indice direct n.

Deoarece se lucreaza cu lumina policromatica, linia de separatie dintre zona întunecata si cea luminoasa va fi colorata, întrucât componentele de diferite culori au indici de refractie diferiti si unghiuri limita diferite. Rotind butonul unui monocromator putem recombina lumina si aceste dungi colorate dispar, dispersia luminii fiind astfel compensata.