Determinarea concentratiei unor solutii prin indice de refractie - refractometrul Abbe

Determinarea concentratiei unor solutii prin indice de refractie - Refractometrul Abbe

I. Notiuni teoretice

Prin refractie se intelege schimbarea directiei unei raze de lumina la trecerea prin suprafata de separatie a doua medii transparente cu indici de refractie diferiti.

Fie o raza de lumina care cade pe suprafata de separatie a doua medii sub un unghi de incidenta (i). Raza sufera fenomenul de refractie (figura 12.1) si intra in al doilea mediu sub unghiul de refractie (r). Intre cele doua unghiuri exista relatia:

(1)

unde:

v₁ = viteza de propagare a luminii in mediul cu indice de refractie n₁

v₂ = viteza de propagare a luminii in mediul cu indice de refractie n₂

n₂₁ = indice de refractie relativ (al mediului 2 fata de mediul 1)

Figura 12.1. Refractia luminii (sursa de lumina se afla in mediul n₁)

Daca n₁ < n₂ unghiul de incidenta (i) este mai mare decat cel de refractie (r).

Indicele de refractie absolut este definit ca raportul dintre viteza luminii in vid si viteza luminii in mediul respectiv:

(2)

Indicele de refractie al unei substante depinde de o serie de factori, cum ar fi: natura substantei, lungimea de unda a luminii utilizate, temperatura etc.

In cazul in care lumina trece dintr-un mediu optic mai dens intr-un mediu mai putin dens (n₁ > n₂), din legea refractiei se observa ca i < r, deci raza refractata se indeparteaza de normala dusa la suprafata de separatie in punctul de incidenta.

In cazul in care lumina trece dintr-un mediu optic mai putin dens intr-unul mai dens (n₁ < n₂), i > r, raza se apropie de normala.

Daca raza de lumina cade normal (perpendicular) pe suprafata de separatie (i=0), ea trece nedeviata in al doilea mediu.

In cazul in care raza de lumina cade pe suprafata de separatie a doua medii, al doilea avand indicele de refractie mai mic decat primul pentru anumite valori ale unghiului de incidenta are loc reflexia totala a razei dupa cum urmeaza (figura 12.2):

- daca i = l caz in care raza de lumina se re­fracta sub un unghi r = 90°, fiind tangenta la suprafata de separatie, valoarea unghiului limita (l) este data de relatia:

  (3)

- daca i > 1 raza de lumina sufera reflexie totala pe suprafata de separatie intorcandu-se in mediul din care a venit.

Figura 12.2. Reflexia totala.

Unghiul limita se determina cu ajutorul refractometrului Abbe. Cunoscand indicele de refractie al aerului n₁ = 1.0003, din formula (3) se poate determina indicele de refractie al substantei de cercetat. Refractometrul Abbe permite citirea directa a produsului n₁·sin l.

II. Parte experimentala

Referat: Vitaminele - surse alimentare de vitamine Referat: 41 de sfaturi pentru viata lunga recomandate de doctor

Descrierea dispozitivului experimental

Partile componente ale refractometrului Abbe sunt prezentate in figura 12.3.

1. Corpul prismei de masurare care cuprinde:

- prisma de masurare

- prisma de iluminare

Bazele celor doua prisme inchid intre ele un volum mic in care se introduce proba de cercetat. Corpul prismei are racorduri pentru termostat, un termometru si o oglinda de iluminat.

Figura 12.3. Refractometrul Abbe.

2. Luneta de punere la punct - privind prin ea se observa doua campuri inegal iluminate (figura 12.4).

Figura 12.4. Imaginea vazuta prin luneta.

3. Compensatorul - serveste la inlaturarea haloului colorat care apare la linia de separatie a celor doua campuri, iar cu ajutorul scalei 4 se poate aprecia cifra de dispersie.

5. Tambur pentru rotirea corpului prismei;

6. Luneta de citire - este cuplata rigid cu luneta de punere la punct si indica valoarea indicelui de refractie a probei.

Domeniul de masurare al refractometrului Abbe cuprinde indici intre 1.3 si 1.7. Scala permite citirea indicelui de refractie pana la zecimala a treia si aprecierea celei de-a patra zecimale.

Mod de lucru - Verificarea aparatului:

- corpul refractometrului se roteste inainte pana in pozitia extrema;

- cu ajutorul surubului se deschide corpul prismei si se aduce fata lucioasa in pozitie perfect orizontala;

- cele doua fete ale prismelor se degreseaza cu amestec de alcool-eter;

- cu ajutorul unei pipete se pun 2-3 picaturi de apa distilata pe fata lucioasa;

- mentinand orizontalitatea prismei de masurare se inchide corpul prismelor si se readuce refractometrul in pozitia initiala;

- privind prin luneta de citire (6) se roteste tamburul (5) pana la capatul scalei (valoarea 1.3 a indicelui de refractie);

- cu ajutorul oglinzii se realizeaza o iluminare uniforma si maxima a campului observat in luneta de masurare;

- prin rotirea tamburului (5) se observa o intunecare a campului de jos in sus; se continua rotirea pana cand linia de demarcatie lumina/intuneric ajunge la intersectia celor doua fire perpendiculare;

- in aceasta pozitie se citeste in luneta (6) indicele de refractie al apei distilate, care la temperatura de 20°C are valoarea de 1.3330;

- se repeta determinarile de 3 ori, iar valorile citite se trec in tabel, calculandu-se media lor aritmetica.

Modificarea indicelui de refractie in functie de concentratie si temperatura. Construirea curbei de etalonare.

Scopul lucrarii este de a studia dependenta indicelui de refractie de concentratie la diferite temperaturi (t₀ = temperatura camerei; t₁ = 37°C). Totodata se va construi curba de etalonare in vederea daterminarii concentratiilor necunoscute ale unor solutii.

A. Determinarea indicelui de refractie in functie de concentratie la temperatura camerei

- dupa etalonarea aparatului cu apa distilata se degreseaza locasul probei cu amestec alcool-eter si cu ajutorul unei pipete se pun doua, trei picaturi din solutia 1 pe suprafata lucioasa a prismei;

- se citeste indicele de refractie ca la etalonare si valoarea acestuia se trece in tabel;

- determinarile se repeta inca de doua ori pentru solutia data.

Operatia se repeta pentru toate solutiile inclusiv pentru cele cu concentratie necunoscuta (X₁ si X₂).

B. Determinarea indicelui de refractie in functie de concentratie la temperatura de 37°C

- in vederea aducerii si mentinerii corpului prismelor la temperatura de 37°C se pune in functiune termostatul Höppler;

- se repeta determinarile de la punctul (A), avand grija ca in urma umplerii spatiului dintre prisme sa se astepte 3 minute pentru realizarea echilibrului termic, dupa care se efectueaza citirea indicelui de refractie;

- pentru fiecare solutie se executa cate 3 determinari, iar rezultatele se trec in tabel.

Dupa executarea determinarilor se sterg prismele cu amestec alcool-eter, se lasa deschise pana la uscare apoi aparatul se aduce in pozitie de lucru.

C. Construirea curbei de etalonare

Construirea curbei de etalonare se efectueaza in felul urmator:

Pentru o serie de solutii de concentratii cunoscute (in cazul nostru 10 solutii cu concentratii diferite de alcool in apa) se determina indicele de refractie. Dupa determinarea indicelui de refractie cores-punzator concentratiilor cunoscute se traseaza graficul: C = f(n).

Dupa trasarea curbelor de etalonare (cu rezultatele obtinute la t₀ si la t₁) se determina concentratiile celor doua solutii X₁ si X₂ cunoscand indicele lor de refractie.