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1ère année génie des procèdes et environnement Réalisés par :  SMAILI Kenza 

1ère année génie des procèdes et environnement Réalisés par :  SMAILI Kenza  HOCINE Asma  Benrezkellah Yasmin Année Universitaire :2021/2022 TP THERMODYNAMIQUE Réfractions molaire BUT DU TP : Détermination expérimentale de l’indice de réfraction de différentes substances chimiques. Identification et dénomination d’une substance chimique inconnue à partir de son indice de réfraction et sa formule brute. I. INTRODUCTION : A l’instar de l’indice de saponification, de peroxyde l’indice d’iode et d’acide, l’indice de réfraction figure parmi les multiples paramètres caractérisant une substance chimique et permettant leurs indentifications. II. Rappel Théorique : 1) Réfraction On appelle réfraction le changement de direction que subit un rayon lumineux en passant d'un milieu optique donné à un autre. Ce changement est dû à une modification de la vitesse de propagation à partir du point, appelé point d'incidence, où le rayon lumineux incident frappe l'interface. 2) L’indice de Réfraction  L'indice de réfraction noté n est une grandeur sans dimension caractéristique d'un milieu, décrivant le comportement de la lumière dans celui-ci ; il dépend de la longueur d'onde λ de mesure mais aussi des caractéristiques de l'environnement (notamment pression et température).  L'indice n d'un milieu caractérise la vitesse de propagation de la lumière dans ce milieu. Plus précisément, pour une onde monochromatique, de longueur d'onde λ à température et pression fixées l'indice n d'un milieu est défini par le rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide, notée c et celle mesurée dans ce milieu, notée V :  Afin de préciser la température et la longueur d'onde considérées, on fait suivre l'indice de réfraction n d'un exposant représentant la température et d'un indice indiquant la nature de la radiation monochromatique de référence considérée. Dans la littérature, l'indice de réfraction est souvent donné à 20°C, à la longueur d'onde de référence de la raie D du sodium (589nm), il s'écrit donc nD 20.  Afin de ramener la valeur de l'indice de réfraction mesuré pour un liquide à une température T, en degré Celsius, à la valeur référencée à 20°C, on peut utiliser une relation affine valable pour de faibles écarts de température : n20 = nT ± ∆T .4 104 Ou T est la température exprimée en degré Celsius. L'indice de réfraction d’une solution varie également en fonction de la concentration ou de la fraction molaire des constituants de la solution. Ceci peut être mis à profit pour déterminer la composition d'un mélange. Cependant, il faut au préalable tracer une droite d'étalonnage de l'indice de réfraction en fonction de la fraction molaire.  L'indice de réfraction intervient notamment dans les lois de Snell- Descartes, qui mettent en jeu le rapport des indices de réfraction. Cet effet, appelé réfraction, est à la base de la conception des lentilles optiques n1sin (i1) =n2sin (i2) Où : n1 est l'indice de réfraction du milieu 1, i1 l'angle que fait un rayon incident avec la normale à la surface de séparation, n2 est l'indice de réfraction du milieu 2 et i2 l'angle que fait un rayon réfracté avec la normale à la surface de séparation.  Ce paramètre est de nature essentiellement physique et se rattache aux interactions de la substance en question avec la lumière. Ce TP a pour but de le déterminer expérimentalement en utilisant un réfractomètre pour des substances connues ainsi que l’indentification d’une substance inconnue en rapportant son indice aux valeurs présentes dans la littérature. Le Réfractomètre : Le réfractomètre est un appareil de mesure qui détermine l’indice de réfraction de la lumière d’une matrice solide ou liquide (exemple pour l’eau = 1,33 pour l’air = 1). Cet indice s’observe par la déviation d’un faisceau lumineux suivant la nature du milieu dans lequel il se propage. L’angle du faisceau dévie en fonction du taux de matière sèche soluble dans le milieu, plus la concentration de matière sèche soluble est élevée, plus la réfraction est importante. Cette détermination d'indice de réfraction peut permettre : D’identifier une espèce chimique De contrôler sa pureté, De déterminer la composition d'un mélange (fraction molaire) III. PARTIE EXPERIMENTALE : PRODUITS ET MATERIELS UTILISES : • Le réfractomètre Substance chimiques à analyser : Tous à l’état liquide : • Benzene • n-hexane • n-heptane • acetone, • Alcool propylique • Le liquide inconnue • •Tétrachlorure de carbone • Chloroforme a. Manipulation : 1. Vérifier que l’eau thermostaté circule autour des prismes du réfractomètre. 2. Faire en sorte que les rayons solaires pénètrent la surface du prisme correspondantes à cette effet. 3. Avant chaque mesure, nettoyer les surfaces des prismes avec du papier-tissu propre. 4. Verser une petite quantité du liquide à étudier sur la surface du prisme du réfractomètre correspondant, puis fermer l’appareil. 5. Ajuster la position du trait lecture au milieu ainsi que la netteté. 6. Lire l’indice de réfraction avec décimale après la virgule grâce au deux échelles graduées dont dispose l’appareil. b. Résultats et calculs : La réfraction molaire est donnée par la formule suivante : à T=20°c [R]=(n2−1)∗M (n2+2)∗D Avec : n: indice de réfraction à la température 20°c :n (20°C)=n(T)+0.00045×(T-20) D: densité du composé M: sa masse molaire Après calculs utilisant les lois précédentes : i. nexp Densité Masse molaire (g/mole) T°(C) n(T=20°c) [R] EAU (H2O) 1.334000 1 18.015 25.5 1.3362 3.74 Heptane 1.389034 0.68 100.2 20.6 1.389274 34.872 Alcool propylique 1.386533 0.805 60.10 20.6 1.386773 17.567 Acétone 1.355716 0.79 58.08 25.3 1.361137 16.271 Tetrachlorur e de carbon 1.339004 1.594 153.82 27.8 1.342124 20.34 Chloroforme 1.44025 1.48 119.38 28.3 1.44357 21.408 Hexane 1.376027 0.68 86.18 25.8 1.378347 29.24 Solution inconnu 1.399039 0.810 74.12 25.9 1.401479 22.25 ii. La liaison La contribution La liaison La contribution La liaison La contribution O- H(alcool) 1,66 C-Cl 6,51 C-O(ethers) 1,46 C-C 1,296 C-N 1,59 C-O(acétals) 1,46 C-C (arom) 2,69 N-H 1,76 C=O(cétones ) 3,49 C=C 4,17 O- H(acides) 1,80 C=O(autres) 3,99 Exemple de calcul de la contribution : Pour le CCl4 toujours : R= contribution de C-Cl *4 Donc pour avoir la contribution de celle-ci on pourra diviser la réfraction R par 4 pour connaître la contribution de la liaison C-Cl , c’est à dire :C- Cl =R/4 Identification de La substance inconnue : La solution inconnue à une formule brute C4H9OH De masse molaire M=74.12 g/mol et sa fraction molaire est égale à 22.06 On a 4 formes possibles pour l'alcool de formule brute C4H9OH : 1/butanol CH3-CH2-CH2-CH2-OH [R]=9×C-H+3×C-C+O-H+C-O=22.092 2/butan-2-ol [R]= 9×C-H+3×C-C+O-H+C-O=22.092 3/ cyclobutanol [R]= 7×C-H+4×C-C+O-H+C-O=20.036 4/ iso butanol [R]= 9×C-H+3×C-C+O-H+C-O=22.092 I. Interprétation des résultats : On remarque que la valeur de la réfraction molaire du « iso butanol » ainsi que « butanol » et le « butan-2-ol » sont presque égales à celle de la substance inconnue, donc on conclue que notre substance inconnue est normalement l’un de ces trois composés si on n’a pas fait d’erreur dans les calculs de contributions ou dans la lecture des valeurs de l’indice de réfraction. L’identification exacte nécessite probablement d’autres tests, nous pouvons aussi expliquer cette ambiguïté par des erreurs dues aux matériels et aux erreurs de lectures et de manipulation. IV. CONCLUSION : Ce TP nous a permis de découvrir un nouveau paramètres qui apparait s’appelle l’indice de réfraction n . Ce dernier nous permet d’identifier une substance synthétisée sans changer sa structure et on peut déterminer la contribution de ses liaisons. L’indice de réfraction est influencé par la température et la pureté et même la longueur d’onde . Les résultats du réfractomètre ne sont pas exacte y’a toujours une marge d’erreur. V. Bibliographie : https://fr.wikipedia.org/wiki/Indice_de_r%C3%A9fraction https://www.agir-crt.com/blog/refractometre-mesure-degre-brix-choix-appareil/ uploads/Finance/ tp-thermodynamique-refractions-molaire.pdf