relatório 4_ crioscopia - fisicoquimica

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CAMPUS VILA VELHA
FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL
Turma: Licenciatura em Química
Alunas: Deborah Pimentel, Diego Suhet e Quézia Costa
Título: Crioscopia
Data: 27/04/2022
1. INTRODUÇÃO
As denominadas propriedades coligativas referem-se a quatro propriedades físicas
características de soluções diluídas (abaixamento crioscópico, pressão osmótica,
elevação do ponto de ebulição e abaixamento da pressão de vapor), cujos
comportamentos são correlacionados e unidos pelo fato de dependerem do número
de partículas de soluto presentes em uma dada quantidade de determinado
solvente. Todos têm em comum o fato do potencial químico do solvente no estado
líquido ser diminuído na presença de um soluto, de tal forma que o equilíbrio com a
fase de vapor (para solutos não-voláteis) ou com a fase sólida seja estabelecido em
temperaturas diferentes, a uma dada pressão, ou a pressões diferentes a uma dada
temperatura (SANTOS et al., 2002). Desta forma, as propriedades coligativas
recebem este nome porque “dependem do conjunto” e não do indivíduo (ATKINS,
2003).
É possível observar empiricamente a existência de uma relação entre o
abaixamento da temperatura de cristalização de um líquido numa solução e a
respectiva do líquido puro. Esse fato pode ser expresso pela equação 1 abaixo:
∆𝑇𝑐 = 𝐾𝐶 . W Equação 1
Kc é a constante de proporcionalidade denominada crioscópica, e W é a
concentração da solução, expressa em termos de molalidade. A constante
crioscópica é uma característica do solvente, normalmente encontrada em manuais
(RANGEL, 2006).
A crioscopia é a propriedade coligativa que estuda o abaixamento da temperatura
de congelamento de um líquido, provocado pela presença de um soluto não-volátil.
Esse abaixamento é diretamente proporcional à molalidade da solução. O fenômeno
crioscópico tem várias aplicações práticas, por exemplo: as fábricas de sorvete
adicionam sal comum (NaCl) à água para resfriá-la muito abaixo de 0ºC, sem que à
água venha a se solidificar; em países frios onde a neve se acumula nas estradas é
comum colocar NaCl ou CaCl2 nas rodovias durante o inverno, para derreter o gelo
e assim evitar acidentes (LIMA, 2007).
2. OBJETIVOS
Determinar o abaixamento relativo da temperatura de congelamento de soluções de
sacarose e a constante crioscópica da água.
3. MATERIAIS E REAGENTES
● Água destilada;
● Balança analítica;
● Balão volumétrico 25 mL;
● Bastão de vidro;
● Béquer 50 mL e 500 mL;
● Calorímetro (sem a
tampa);
● Espátula;
● Funil de vidro;
● Gelo;
● Martelo;
● Papel alumínio;
● Proveta;
● Sacarose;
● Sal;
● Termômetro;
● Tubos de ensaio;
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1. PREPARO DAS SOLUÇÕES DE SACAROSE
Pesou-se, usando a balança analítica, quatro porções de sacarose com diferentes
massas, sendo elas: 2,0015 g, 4,0061 g, 6,0097 g e 8,0149 g. Dissolveu-se cada
uma em um béquer de 50 mL com aproximadamente 20 mL de água destilada e
após a dissolução completa da sacarose transferiu-se cada solução para um balão
volumétrico de 25 mL, aferindo o menisco e agitando até completa
homogeneização.
4.2. CRIOSCOPIA
Inicialmente, revestiu-se o calorímetro com papel alumínio. Logo após, triturou-se
alguns cubos de gelo e misturou-se com sal, em uma proporção 4:1, conforme o
volume do calorímetro e transferiu-se essa mistura para o calorímetro, mantendo-o
fechado por 5 minutos.
O experimento foi realizado primeiramente com a água. Em um tubo de ensaio
adicionou-se 5 mL de água destilada e inseriu-se ao calorímetro, encostando o tubo
de ensaio no fundo do calorímetro. Tampou-se com papel alumínio e inseriu-se o
termômetro dentro do tubo de ensaio. Cronometrou-se o tempo de congelamento da
água e anotou-se a temperatura a cada 30 segundos, até que a temperatura
permanecesse constante. Fez-se triplicata.
O mesmo procedimento foi repetido para as soluções de sacarose, porém, para as
soluções de 6 g e 8 g, anotou-se a temperatura a cada 1 minuto. Fez-se triplicata
para cada amostra.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
As propriedades coligativas, onde inclui-se a crioscopia, são propriedades de um
solvente que são modificadas pela adição de um soluto não-volátil. Essa influência
não depende da natureza do soluto e sim da quantidade de partículas presentes na
solução, ou seja, depende diretamente da concentração do soluto.
O soluto não-volátil apresenta um ponto de ebulição alto, portanto sua capacidade
de evaporar acaba sendo mais baixa, isso explica essa necessidade para as
soluções utilizadas no experimento, pois o potencial químico acaba sendo maior.
Podemos afirmar então que o abaixamento crioscópico não é afetado pela natureza
da substância utilizada, mas pela quantidade de suas moléculas, partículas ou
átomos adicionada a um solvente.
Preparadas as soluções, foi necessário determinar a molalidade real de cada uma
delas. Para isso, calculou-se a massa molar da sacarose (C12H22O11) e, após isso,
foi possível fazer o cálculo da molalidade a partir da Equação 1.
Dados: massa molar C12H22O11: 342,3g/mol.
𝑊 = 𝑚1𝑀1.𝑚2
Equação 1: Equação de cálculo da molalidade.
Tabela 1 - Molalidade das soluções de sacarose (em 25 mL de H2O)
Solução Molalidade
1 (2,0015 g de C12H22O11) 0,234 mol/Kg
2 (4,0061 g de C12H22O11) 0,468 mol/Kg
3 (6,0097 g de C12H22O11) 0,702 mol/Kg
4 (8,0149 g de C12H22O11) 0,937 mol/Kg
Fonte: Autores, 2022
A partir das soluções preparadas, transferiu-se para tubos de ensaio, colocados no
copo térmico, a fim de verificar a temperatura no ponto de congelamento conforme a
adição de sacarose ao solvente, apresentado na Tabela 3.
Tabela 3 - Dados experimentais das soluções de sacarose
Triplicata
1 2 3
Tempo Temperatura Tempo Temperatura Tempo Temperatura
SOLUÇÃO 1
(2,0015 g de
sacarose)
1 min 4,2ºC 30 s 9ºC 30 s 10ºC
1 min
30 s 0,5ºC 1 min 3,2ºC 1 min 4,1ºC
2 min -1,2ºC 1 min 30 s 1,1ºC 1 min 30 s 0,5ºC
2 min
30 s -0,2ºC 2 min 0,4ºC 2 min -0,2ºC
3 min -0,1ºC 2 min 30 s 0,1ºC 2 min 30 s -0,1ºC
3 min -0,1ºC
Média da
temperatura (1) -0,1 ºC
SOLUÇÃO 2
(4,0061 g de
sacarose)
30 s -1,8ºC 30 s -2,6ºC 30 s -1,4ºC
1 min -0,8ºC 1 min -1,1ºC 1 min -2,4ºC
1 min
30 s -1,1ºC 1 min 30 s -1,1ºC 1 min 30 s -1,1ºC
2 min -1,8ºC 2 min -1,1ºC 2 min -1,1ºC
2 min
30 s -2,8ºC 2 min 30 s -1,1ºC 2 min 30 s -1,1ºC
3 min -3,1ºC 3 min -1,2ºC 3 min -1,1ºC
Média da
temperatura (2) -1,8 ºC
SOLUÇÃO 3
(6,0097 g de
sacarose)
1 min -0,8ºC 1 min -1,1ºC 1 min -1,5ºC
2 min -1,4ºC 2 min -2,2ºC 2 min -2,1ºC
3 min -3,2ºC 2 min 30s -5,7ºC 3 min -4,9ºC
3 min
30 s -5,1ºC 3 min 30 s -7,2ºC
Média da
temperatura (3) -6
SOLUÇÃO 4
(8,0149 g de
sacarose)
1 min 6,9ºC 1 min 4,3ºC 1 min 3,6ºC
2 min -1,8ºC 2 min -3,9ºC 2 min -4,9ºC
3 min -6,9ºC 3 min -8,1ºC 3 min 30 s -8,4ºC
4 min -9,5ºC 4 min -9,4ºC
Média da
temperatura (4) -9,1 ºC
Fonte: Autores, 2022
O cálculo crioscópico é o termo utilizado para quantificar a crioscopia, a equação
utilizada para realizar o cálculo crioscópico está representada na Equação 2.
△θ = θ
2
− θ
Equação 2 : Equação de cálculo da constante crioscópica.
Na equação, representa a variação da temperatura de congelamento ou∆θ 
diminuição da temperatura de congelamento, a temperatura de congelamento doθ
2
solvente e a temperatura de congelamento da solução. A variação da temperaturaθ
de congelamento também está diretamente relacionada com a constante
crioscópica do solvente e a molalidade da solução, a partir disso podemos utilizar a
Equação 3 para determinar a diminuição na temperatura de congelamento do
solvente presente.
△θ = 𝐾𝑐 . 𝑊
Equação 3 : Expressão do cálculo crioscópio.
Na Equação 3, Kc representa a constante crioscópica do solvente presente na
solução e W a concentração molal. No experimento utilizou-se a água, onde de
acordo com a literatura sua constante crioscópica é 1,86 ºC.mol/kg (ATKINS, 2008).
Assim, calculou-se o valor teórico do abaixamento relativo da temperatura de
congelamento da água.
Tabela 4 - Abaixamento relativo da temperatura do congelamentodas soluções.
Solução Temperatura de congelamento
1 -0,44 °C
2 -0,87 ºC
3 -1,31 °C
4 -1,75 °C
Fonte: Autores, 2022
O abaixamento crioscópico, ΔT, do solvente ocorre porque o seu potencial químico
na solução é menor que o do líquido puro, enquanto que o da fase sólida, quando
constituída somente do solvente puro, permanece o mesmo (SANTOS et al., 2002).
Ao comparar com os valores obtidos experimentalmente, observa-se discrepâncias
notáveis, podendo ser explicadas pela falta de visualização do ponto correto de
congelamento da solução, a dificuldade no isolamento térmico do sistema e
possíveis erros do analista.
A partir dos dados analisados acima, calculou-se dessa vez, usando a mesma
Equação 3, a constante crioscópica das soluções, obtendo os seguintes valores:
Tabela 5 - Constante crioscópicas das soluções.
Solução Kc (K.kg.mol-1)
1 1,88
2 1,86
3 1,86
4 1,87
Fonte: Autores, 2022
Observa-se então, valores próximos à da constante crioscópica da água encontrada
experimentalmente nas soluções, sendo assim um resultado satisfatório para a
prática realizada.
6. CONCLUSÃO
A partir dos resultados obtidos, é possível observar que a maior desordem da
solução se opõe à tendência ao congelamento. Consequentemente, é necessário
uma temperatura muito baixa para conseguir equilíbrio entre sólido e solução. Por
isso, o ponto de congelamento fica mais baixo com adição de sacarose. Ainda
assim, os valores experimentais divergem dos valores teóricos, podendo ser
explicados pelas dificuldades descritas durante a realização da prática. Apesar
disso, os resultados encontrados são satisfatórios para o estudo em questão.
7. REFERÊNCIAS
ATKINS P, DE PAULA J, Físico-Química. Volume 1. Livros Técnicos e Científicos,
8ª Edição, 2008.
SANTOS, Anderson R. dos, et al. Determinação da massa molar por crioscopia:
terc-butanol, um solvente extremamente adequado. 2002. Disponível em:
<http://www.scielo.br/pdf/%0D/q n/v25 n5 /11417.pdf>. Acesso em: 27 abr. 2022.
LIMA, J. B.; MATOS A. A. CRIOSCOPIA: estudo do abaixamento da temperatura
de congelamento de solução através de experimento com material alternativo.
Associação Brasileira de Química (ABQ), 2007.
ATKINS, P. W. PAULA, J. de. Fundamentos de Físico-Química. Vol 1. 5 ed. Rio de
Janeiro: LTC, 2003.
RANGEL N. Renato. Práticas de Físico – Química. 3ª. Ed. Edgard Blücher Ltda.
2006.