Un refractómetro es un instrumento que permite medir el índice de refracción de un medio traslúcido (líquido o sólido), esto es, el cambio de dirección y de velocidad que experimenta la luz cuando lo atraviesa. Además, en el caso de líquidos, se puede determinar el porcentaje de sólidos solubles presentes en una disolución líquida dada (por ejemplo, de azúcar o sal).

Para ello, se utiliza el fenómeno de la reflexión total: cuando la luz incide desde un medio ópticamente más denso hacia otro menos denso (por ejemplo, desde agua hacia aire), según vamos aumentando el ángulo de incidencia respecto a la normal o perpendicular a la línea de separación de ambos medios, llega un momento en el que la luz ya no se refracta al segundo medio, sino que sale justo con un ángulo de refracción de 90º; se llama entonces ángulo crítico al ángulo de incidencia en el que sucede este fenómeno. Si, a partir de este ángulo crítico abrimos más el ángulo de incidencia, entonces el rayo ya no pasa al segundo medio, sino que resulta reflejado hacia el propio medio del que procedía (reflexión total), como si la interfase entre ambos medios se comportara como un espejo. Por tanto, viendo el ángulo crítico, se puede calcular el índice de refracción relativo de un medio al otro y, conocido el índice del segundo medio (por ejemplo, aire de índice de refracción n = 1), se obtiene, pues, el índice de refracción del medio problema.

El refractómetro de Abbe fue ideado, hacia 1869, por el físico alemán Ernst Karl Abbe (1840-1905), quien desarrolló tanto los aspectos teóricos como numerosos instrumentos en el amplio campo de la óptica, colaborando muy estrechamente con la potente empresa de equipos ópticos de Karl Zeiss. La finalidad de su aparato era medir el índice de refracción de líquidos y, en sus versiones más modernas, digitales e incluso portátiles de mano, sigue siendo muy utilizado, especialmente en la industria alimentaria para mediciones en grasas, aceites, vinos, etc.

En este tipo de refractómetro, una gota de la muestra líquida a analizar se coloca entre dos prismas de vidrio (uno de refracción, fijo y muy pulido, y otro de iluminación, que puede girarse y que es mate y rugoso para dispersar la luz incidente y que se ilumine bien toda la muestra). Como sistema de iluminación se suele usar una lámpara de vapor de sodio que emite la muy definida y pura línea D naranja amarillenta de 5896 Å (en realidad, un doblete) y el experimentador observa a través de un sistema formado por dos oculares. En uno de los oculares, el más ancho, el observador dispone de una señal en forma de aspa sobre la que puede determinar justo cuando sucede la situación del ángulo crítico (viendo cuando el centro del aspa está exactamente sobre la división simétrica entre una zona iluminada y otra oscura del visor) y, mediante el otro ocular, el más estrecho, con unas escalas previamente calibradas y graduadas, puede leer directamente tanto el índice de refracción del líquido problema como, si procede, el porcentaje de soluto en la disolución muestra. Además, como esta determinación es muy sensible a los cambios de temperatura, el sistema va refrigerado, a modo de termostato, por agua que circula en unos tubos de goma que atraviesan el núcleo del aparato, y dispone de un termómetro para conocer y controlar estable la temperatura de la muestra, normalmente a 20 ºC.

El refractómetro de Abbe de nuestro museo, de 14,3 cm x 20,0 cm x 26,0 cm, es de metal pintado en negro, con dos prismas de vidrio montados sobre estructuras de acero inoxidable, una de las cuales puede girar respecto a la otra fija mediante una bisagra. Presenta dos oculares, uno de observación, con un aspa para determinar la situación de ángulo crítico, y otro para leer los valores finales en sendas escalas, donde aparece la referencia de que sus valores son a 20 ºC y referidos a la línea D del sodio. Con las escalas se puede apreciar el ángulo hasta décima de grado sexagesimal y el índice de refracción puede precisarse hasta el tercer decimal. En la parte inferior del aparato se encuentra el espejo para iluminar, un espejo plano rectangular de 5,5 cm x 4,0 cm.

El equipo de nuestra colección, perteneciente a nuestro Laboratorio de Física, fue fabricado, hacia 1950, en la empresa italiana “Officine Galileo” con el número de serie 17208, como aparece grabado en letras blancas sobre la pintura negra del aparato. La propuesta de fundación de esta empresa nace en Florencia en 1862 por el astrónomo y fabricante de instrumentos Giovanni Battista Amici (1786-1863), empezando a funcionar como tal en 1864, y, con el paso del tiempo, diseñaba no sólo instrumentos ópticos, sino mecánicos, eléctricos y de iluminación. Desde finales del s. XIX y durante la II Guerra Mundial, también fabricó periscopios y telémetros para la marina italiana y, concluida la misma, añadió a su catálogo la producción de cámaras fotográficas. Tras muchos cambios de propietario, fusiones y absorciones acontecidas desde 1950 hasta 1990, en la actualidad aún existe dentro de un consorcio de empresas centradas en los sectores militar y espacial, que desarrollan, por ejemplo, equipos optoelectrónicos.

Desde 2006, la Officine Galileo cuenta con su propio museo en Florencia, donde se exhiben sus antiguos productos, tanto los instrumentos científicos (de alta calidad y precisión, para investigación) como los didácticos (para realizar experimentos en física, química, mecánica, hidráulica, electricidad e ingeniería), que se suministraban a universidades y centros escolares hasta 1978, año en que cesó la producción.

Catalogación, documentación, texto y fotografía: Prof. A. Vitores (2021)