Relatório 04 da Lab de Eq e Cin

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Química
Laboratório de Equilíbrio e Cinética
RELATÓRIO IV : Equilíbrio líquido-vapor: Misturas azeotrópicas
ANA LETÍCIA O. FONSECA
LUIZ FELIPE CANTARINO
SOFIA GUERSON
Docente: ANTÔNIO CARLOS SANT’ANA
JUIZ DE FORA
2022
1. Introdução
Soluções ideais ou ligeiramente afastadas da idealidade, que seguem a curva
de pressão de vapor mostrada na figura 1, podem ser fracionadas por destilação
fracionada.
Figura 1: Curva de pressão de vapor de uma solução ideal.
No entanto, aquelas misturas que os desvios da lei de Raoult são maiores,
podem produzir um máximo ou um mínimo na curva de pressão de vapor. Essas
misturas não podem ser completamente separadas em seus constituintes por
destilação fracionada. Se a curva de pressão de vapor possuir um máximo ou um
mínimo, então, neste ponto, as curvas de líquido e de vapor serão tangentes, e,
portanto, o líquido e o vapor deverão ter a mesma composição. A mistura
correspondente à pressão de vapor máxima ou mínima é denominada de azeótropo.
Figura 2: Curva de pressão de vapor, à esquerda, de um azeótropo de máximo e, à direita, de um azeótropo de mínimo.
Nesse experimento será analisada uma mistura azeotrópica entre os líquidos
cicloexano e isopropanol, que é uma mistura que resulta em um azeótropo de
mínimo. Sendo assim, se considerarmos a curva de pressão de vapor, uma mistura
de composição em ebulição entra em ebulição no ponto e a composição do𝑎
1
𝑎
2
vapor formado é . Esse vapor condensa na coluna, dando um líquido de mesma𝑎'
2
composição, marcado agora pelo ponto . Esse líquido fica em equilíbrio com o𝑎
3
vapor em , que se condensa num ponto mais elevado da coluna, dando um𝑎'
3
líquido de mesma composição, que chamamos agora de . O fracionamento,𝑎
4
portanto, desloca o vapor para a composição azeotrópica em .𝑏
2. Objetivos
Construir o diagrama de temperatura de ebulição em função da composição
para o sistema binário formado pelos líquidos cicloexano e isopropanol.
3. Materiais e equipamentos
3.1. Reagentes: isopropanol e cicloexano.
3.2. Equipamentos: termômetro, destilador, manta aquecedora, béquer,
balão, refratômetro de Abbe.
4. Procedimento experimental
4.1. Preparativos iniciais
Verificou-se a montagem a ser utilizada e certificou-se se todas as conexões
estavam bem feitas. Em seguida, fez a água fluir pelo condensador.
As misturas ciclohexano/álcool isopropílico estudadas nesta prática estão
especificadas na Tabela 1.
4.2. Procedimento experimental
a. Colocou-se o cicloexano ou álcool isopropílico (ver TABELA 1) no balão de
destilação.
b. Ligou-se a manta aquecedora e esperou-se que a ebulição se iniciasse.
c. Quando a temperatura do sistema estabilizou, retirou-se o suporte da manta
aquecedora e o aquecimento do sistema. Colocou-se o termostato no seu
valor mínimo.
d. Coletou-se uma amostra do resíduo do balão de destilação.
e. Coletou-se uma amostra do destilado, com auxílio de uma pipeta de ponta
curva.
f. Retornou-se o excesso de destilado para o balão de destilação.
g. Adicionou-se pela entrada lateral do balão de destilação o volume de álcool
isopropílico ou cicloexano, conforme indicado na Tabela 1.
h. Foi repetidos os procedimentos (b) até (h).
i. Encerrando as adições indicadas na TABELA 1, desligou-se a manta
aquecedora e fechou-se o fluxo de água que alimenta o condensador.
TABELA 1: Temperatura de ebulição, índice de refração e composição do destilado
e do resíduo líquido para diferentes misturas de cicloexano-isopropanol.
Amostra V Isoprop(mL) V Cicloex(mL) T Ebulição(°C)
Índice de refração X Cicloexano
Destilada Resíduo Destilada Resíduo
1 0,0 150,0 76,0 1,4280 1,4275 1,0164 1,0061
2 2,0 75,0 1,4270 1,4270 0,9959 0,9959
3 +3,0 75,0 1,4265 1,4273 0,9857 1,0020
4 +5,0 69,0 1,4125 1,4280 0,6988 1,0164
5 +10,0 66,0 1,4133 1,4225 0,7152 0,9037
6 +25,0 64,5 1,4107 1,4125 0,6619 0,6988
7 150,0 0,0 79,0 1,3785 1,3785 0,0020 0,0020
8 10,0 73,0 1,3890 1,3805 0,2172 0,0430
9 +15,0 70,0 1,3960 1,3840 0,3607 0,1148
10 +20,0 68,0 1,4010 1,3860 0,4631 0,1557
11 +30,0 66,0 1,4040 1,3935 0,5246 0,3094
12 +40,0 66,0 1,4055 1,3960 0,5553 0,3607
5. Resultados e discussões
Baseando-se nos dados obtidos no Relatório 1 do índice de refração de
soluções isopropanol-cicloexano, foi construído uma curva analítica do índice de
refração n x fração molar de cicloexano X. Como pode-se ver no gráfico abaixo.
GRÁFICO 1: Curva analítica n x Xcicloexano.
EQUAÇÃO 1
𝑛 = 0, 0488𝑋
𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑒𝑥𝑎𝑛𝑜
+ 1, 3784
𝑋
𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑒𝑥𝑎𝑛𝑜
= (𝑛−1,3784)0,0488
Utilizando a equação da linha de tendência dos dados (EQUAÇÃO 1), foi
possível calcular a fração molar do cicloexano das soluções obtidas a partir dos
resíduos líquidos e destilado. Os valores calculados foram adicionados a TABELA 1
Uma vez obtidos os valores das frações molares, foi construído um diagrama
de temperatura de ebulição das soluções de cicloexano-isopropanol, conforme o
gráfico abaixo.
GRÁFICO 2: Diagrama de temperatura de ebulição para as soluções de
cicloexano-isopropanol.
No ponto Xcicloexano= 0,85 e T=70°C sinalizado em cinza, observa-se que a
fração molar do cicloexano na composição do vapor é de 0,82809 e na composição
do resíduo líquido é de 0,94791.
O sistema cicloexano-isopropanol é uma mistura azeotrópica. Na temperatura
de 64,5 °C observa-se a temperatura de ebulição da mistura azeotrópica e a
composição é de 0,6619 vapor e 0,6989 resíduo.
6. Conclusão
Com base nos resultados é possível concluir que:
● O Ciclohexano e o isopropanol formam uma mistura azeotrópica.
● A temperatura azeotrópica é 64,5 °C e a composição é 0,6619 vapor e
0,6989 resíduo.
● No ponto Xcicloexano= 0,85 e T=70°C sinalizado em cinza, a fração molar do
cicloexano na composição do vapor é de 0,82809 e na composição do
resíduo líquido é de 0,94791.
7. Referências
Castellan, G. - Fundamentos de Físico-química – LTC, 1996
ATKINS, P. W; PAULA, Júlio de. Físico-química biológica. Rio de Janeiro: LTC, 2008