Índice de refração de vidros soda-cal-sílica contendo diferentes cátions tetravalentes

Abstract

In this work measurements of the refractive index of samples of silicate glass with composition (% mol) 22Na2O · 8CaO · 65SiO2 · 5MO2 (M = Si, Ti, Ge, Zr, Sn, Ce) were performed using an Abbe refractometer from Carl Zeiss / Jena. The refractive indexes were obtained with measurement of the total refractive angle or critical angle for diferente wavelengths λ, 456 nm (Blue), 531 nm (Green), 612 nm (Yellow), 631 nm (Red) and 𝜆𝐷, 589.3 nm. The values obtained experimentally for the refractive index of the samples were obtained in accordance with the values calculated values by the additive method proposed by Huggins and Sun (1943). Additionally, the dependence of the refractive index of the samples with the light wavelength was obtained in accordance with the literature. We have been showed that the refractive index of glasses produced with elements of the group I (M = Si and Ge) exhibits the lowest refractive index and this property depends mainly on the density of the glass. These behaviors were related to the presence of only bridging oxygen on the composition of glasses produced with elements of the group I. Glasses produced with elements of the group II and III (M = Ti, Zr, Sn, Ce) showed na enhancement of the refractive index in comparison with glasses produced with elements of the class I due non-bridgind oxygen. The difference of the refractive index of the glasses produced with elements of the class II and III were related with diferences in the electronic polarizability of the materials produced with different elements

Neste trabalho realizamos medidas do índice de refração em amostras de vidro silicato com composição (% mol) 22Na2O·8CaO·65SiO2·5MO2 (M = Si, Ti, Ge, Zr, Sn, Ce). As medidas foram obtidas com um refratômetro Abbe da Carl Zeiss/Jena, cujo princípio de funcionamento é baseado na medida do ângulo de refração total ou ângulo crítico. Como fonte de luz foram utilizados quatro LEDs com comprimentos de onda, 𝜆, 456 nm (Azul), 531 nm (Verde), 612 nm (Amarelo), 631 nm (Vermelho) e uma lâmpada de vapor de sódio, cujo comprimento de onda, 𝜆𝐷, é 589,3 nm. Os valores obtidos experimentalmente para o índice de refração das amostras apresentaram concordância com os valores calculados teoricamente a partir do método aditivo proposto por Huggins e Sun (1943). Além disso, a dependência do índice de refração dos vidros em função do comprimento de onda da luz incidente apresentou comportamento em acordo com dados da literatura. Nós verificamos que o índice de refração de vidros produzidos com elementos do grupo I (M = Si e Ge), elementos formadores de vidro, apresentam os menores índices de refração e que esta propriedade depende principalmente da densidade do vidro produzido. Este efeito foi atribuído ao fato de os vidros com estas composições possuírem apenas oxigênios ponteantes. Por outro lado, os vidros produzidos com elementos do grupo II e III (M = Ti, Zr, Sn, Ce), elementos modificadores e intermediários, apresentaram índice de refração significativamente superior devido à presença de oxigênios não ponteantes. Para este grupo, as variações no índice de refração dos vidros foram atribuídas principalmente às variações da polarizabilidade eletrônica dos vidros, alteradas com a adição dos diferentes elementos modificadores ou intermediários à composição dos vidros